基于s7-200plc的電纜隧道分布式監(jiān)控系統(tǒng)

基于s7-200plc的電纜隧道分布式監(jiān)控系統(tǒng)

1無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)電纜隧道屬于二級國家防火墻，是重要的電氣管理部位。電纜隧道計算機監(jiān)控采用分布式監(jiān)控系統(tǒng)（distributedsupervisionsystem），系統(tǒng)由現(xiàn)場控制站和中央控制計算機構(gòu)成。在電纜隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)的情況下，為確?？刂葡到y(tǒng)不癱瘓，通信線路不能在電纜隧道內(nèi)敷設(shè)。中央控制站與各現(xiàn)場站之間采用無線調(diào)制解調(diào)器鏈接，構(gòu)成1個方圓3km范圍的無線網(wǎng)絡(luò)。分布式監(jiān)控系統(tǒng)圖如圖1所示?，F(xiàn)場站采用S7-200(1)系列的可編程序邏輯控制器PLC(ProgrammableLogicController），現(xiàn)場站負責(zé)隧道內(nèi)環(huán)境溫度、自動通風(fēng)、集水坑水位的檢測及自動排水、自動防火門的控制；中央控制計算機完成數(shù)據(jù)的維護管理及風(fēng)機、水泵、自動防火門的遠程手動操作。系統(tǒng)一方面通過實時監(jiān)測和自動控制功能使隧道能夠安全、正常地運行；另一方面，通過歷史數(shù)據(jù)的積累和分析，為管理和決策提供科學(xué)依據(jù)。2系統(tǒng)功能設(shè)計2.1plc控制排水泵啟動、停止集水坑的水位檢測分低位、中位、高位三段。當(dāng)液位上升使浮球接近上限位置時，浮球內(nèi)的磁鋼使上限觸點閉合，PLC接收到此信號即由相應(yīng)數(shù)字量輸出DO(DigitquantityOutput）口閉合，啟動水泵。反之，當(dāng)液位下降而致使浮球接近下限位置時，浮球內(nèi)的磁鋼使下限觸點動作，PLC則斷開相應(yīng)DO口，排水泵失電停止。集水坑實現(xiàn)以下控制功能：PLC自動控制排水泵的啟動、停止；可以通過現(xiàn)場控制箱上的按鈕手動啟動、停止排水泵；在監(jiān)控室可通過屏幕上的虛擬按鈕遠程手動啟動、停止排水泵；監(jiān)控室可實時查看各排水泵的運行狀態(tài)。2.2風(fēng)機的實時啟動電纜隧道共布置了32個溫度檢測點，可實時監(jiān)控電纜隧道內(nèi)的溫度，并且依據(jù)溫度的變化實現(xiàn)對風(fēng)機、防火門的自動控制和火災(zāi)閉鎖。通風(fēng)系統(tǒng)的控制兼有實時控制和定時控制2種功能，當(dāng)隧道內(nèi)某一區(qū)域溫度值超過設(shè)定值時，現(xiàn)場控制站立即啟動通風(fēng)系統(tǒng)的相應(yīng)風(fēng)機，使該區(qū)域的溫度降到正常值；當(dāng)實時溫度值下降至低于設(shè)定值3℃時，風(fēng)機停止工作，這樣就達到風(fēng)機的實時自動控制。風(fēng)機的定時啟動功能，可以兼顧到環(huán)境溫度較低時隧道內(nèi)正常的通風(fēng)需求。由于隧道內(nèi)風(fēng)機的電源線截面小、線路長，若同時啟動將會引起過負荷，把風(fēng)機啟動時間依次錯開運行，每臺風(fēng)機在通風(fēng)2h后自動關(guān)閉。自動回路與閉鎖回路串接，并可通過切換到手動或遙控狀態(tài)而使風(fēng)機退出自動狀態(tài)。2.3．2.2現(xiàn)場控制站隧道內(nèi)火災(zāi)報警信息可依據(jù)溫度上限和溫度變化率報警。現(xiàn)場控制站每隔1s采集1次溫度值，如果采集到的任一溫度檢測點超過50℃，或溫度檢測點連續(xù)5s內(nèi)溫度值呈遞增變化且變化率大于0.2℃/s時，就認為該溫度檢測點附近發(fā)生了火情?，F(xiàn)場控制站程序立即執(zhí)行閉鎖指令，隧道內(nèi)所有風(fēng)機停止運行以避免火勢蔓延；著火點所在區(qū)域的防火門自動關(guān)閉，使著火區(qū)域與外界隔絕空氣流通，著火點逐步窒息?，F(xiàn)場控制站同時向中央控制站發(fā)出報警信號，通知操作人員進行處理，直到人工解除為止。各溫度點的報警絕對值、報警變化率均可在線修改?，F(xiàn)場控制站可實現(xiàn)的控制方式有：a.現(xiàn)場控制箱上有啟動、停止風(fēng)機和防火門的手動按鈕；b.監(jiān)控室中央控制站計算機可手動遙控風(fēng)機和防火門，并實時監(jiān)控各風(fēng)機、防火門的運行狀態(tài)。自動防火門的控制流程如圖2所示。2.4無線模式功能的實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是單點對多點通信系統(tǒng)，由1臺連接中央控制計算機的基站和5臺現(xiàn)場控制站終端組成。中央控制計算機通過基站以廣播的方式向所有終端發(fā)送信息，現(xiàn)場控制站終端根據(jù)信息中所含有的指令進行相應(yīng)的處理。系統(tǒng)內(nèi)各現(xiàn)場控制站終端需要進行數(shù)據(jù)交換，都必須使終端的數(shù)據(jù)返回到基站上的中央控制計算機內(nèi)進行處理。無線通信原理圖見圖3。通信系統(tǒng)是1個碼分多址系統(tǒng)。系統(tǒng)給每個通信終端規(guī)定1個地址碼。當(dāng)系統(tǒng)需要了解某個終端的信息時，首先發(fā)出1段該終端的地址碼，該終端接到相應(yīng)的地址碼以后，立即作出響應(yīng)，并將有關(guān)信息傳回中央控制計算機，完成1次信息交換。無線Modem的初始工作狀態(tài)為接收狀態(tài)。天線接收到的射頻信號經(jīng)放大、混頻、檢波后，送入到Modem，由Modem還原出發(fā)射端工作站所發(fā)出的數(shù)字信號。當(dāng)需要進行發(fā)射時，數(shù)字信號先進入到Modem，由Modem產(chǎn)生相應(yīng)的FSK信號，去調(diào)制發(fā)射雙電壓控振蕩器VCO(VoltageControlledOscillator）并產(chǎn)生所需的射頻信號，經(jīng)射頻功率放大后由天線發(fā)射出去。無線Modem采用了內(nèi)置微控制器，該微控制器專用于設(shè)置工作頻率，以減少對系統(tǒng)硬件資源的占用。無線Modem采用VCO分別產(chǎn)生用于接收和發(fā)射的射頻信號，可以實現(xiàn)接收和發(fā)射之間的快速轉(zhuǎn)換。此特點在數(shù)字量傳輸系統(tǒng)中顯得特別重要。2.5滑動平均值法由于系統(tǒng)是依據(jù)環(huán)境溫度變化判定火情，在系統(tǒng)投運初期，電纜隧道內(nèi)排列著的幾十條10kV電纜對環(huán)境的電磁干擾，特別是大功率負載隨機變化所產(chǎn)生的階躍信號，這些不規(guī)則的高次諧波干擾信號疊加在緩慢變化的溫度信號上，使得現(xiàn)場控制站發(fā)出錯誤的控制處理信息。針對本系統(tǒng)溫度快速檢測的特點，對測量信號的濾波進行了滑動平均值法的軟件處理?；瑒悠骄捣ú捎藐犃凶鳛闇y量數(shù)據(jù)存儲器，隊列長度固定為8，每進行1次新的測量，把測量結(jié)果放于隊尾，而去掉原來隊首的1個數(shù)據(jù)，這樣在隊列中始終有8個最新數(shù)據(jù)。計算平均值時，只要把隊列中8個數(shù)據(jù)進行算術(shù)平均就可以了。這樣既保證了溫度的實時性，又避免由于干擾而造成突變。系統(tǒng)在軟件中設(shè)定了檢測判別時段，若階躍信號在判別時段內(nèi)消失，系統(tǒng)認為它