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摘要：本文萧山供水系统中Wincc及PLC程序改造，以wincc和PLC为关键技术，继电器、OPC通讯为支持技术，经过改造实现以远程数据采集为依托，远程精确操控阀门、泵机等设备为手段，实现供水系统设备远程实时操控功能，通过供水系统物联控制改造，提高运行安全、降低生产能耗、提高劳动效率。
关键词：远程控制；PLC；wincc；供水系统；程序改造
[Abstract] Wincc and PLC program transformation [Abstract] this article Xiaoshan water supply system, the key technology in WinCC and PLC, relay, OPC communication technology as the support, through the transformation to realize remote data acquisition based on remote precise control valves, pumps and other equipment as a means to realize the water supply system equipment real-time remote control function, the water supply system modification of joint control, improve operation safety, reduce production energy consumption, improve labor efficiency.
Key words:Remote control；PLC；wincc；Water system ；Program transformation
一、改造背景与目标
萧山供水系统包括4个取水口（其中2两个备用取水口）、5个水厂、2个大型加压站、23个区域加压站，总制水能力为125万吨/日，拥有DN100（含）以上供水管网总长度超过2000公里,服务面积超过1000平方公里。原系统通过仪器仪表端PLC自动采集、数据传输，将信息实时反馈到调度中心，因系统程序限制无法实现远程操控，造成供水系统调度管理瓶颈。
特别是随着近年来高海拔供水的纳入，供水范围的扩大，在面对区域自动加压站加压范围管网突发爆管，原系统无法实时远程停止加压造成水量流失，爆管损失影响扩大；在面对居民区与工业区用水高峰时间不一致，时段性区域需求变化，原系统也无法远程启停联络阀或加压站，造成区域压力不平衡，管网局部变化剧烈，供水保障能力脆弱等问题。为有效解决以上问题，提高供水保障能力我们对萧山供水系统中Wincc及PLC程序实施改造。改造利用系统中原有西门子PLCS7-200/300未使用的模拟、数字点、通讯端口，同时结合利用原有组态软件Wincc6.0良好的通用性、多语言的支持性，高效的组态性，简便的集成性，基于Web的持续延展开放性，不增加设备和额外费用情况下，实现系统灵活可靠的远程操控功能，丰富了供水调度手段、提高了供水安全、降低了运行能耗、提高了劳动效率。
二、改造调度中心系统软件
1、优化后的系统构架
PLC下位机端通过GPRS/CDMA模块连接到租用的移动公司网络，获取一个内网IP，组成一个局域网。为提高数据传输安全防止外来干扰，数据传输经过移动运营商网关，
2、增加通信链路维护功能
现场GPRS/CDMA模块通过移动网络连接到调度中心OPC 通讯中转软件上，改造后OPC 通讯中转软件增加TCP/UDP端口守护，心跳包发送，线路断开重连功能，提高现场PLC与监控服务器的通讯可靠性，保障数据准确性。
3、完善控制模块
通过改进Wincc程序，改变原有系统单向数据上传模式，增加下发模块，实现数据写入，调度中心经GPRS/CDMA网络发送到PLC，完成参数的设置及设备的控制功能，由过去单向数据传输改为双向数据传输，为设备远程操控提供通讯基础支持。
完善后系统在中控状态时，操作员在调度中心可进行不同时间段目标数据设置，以满足调度需求；在自动状态时，PLC会根据预先不同的时间段设置进行运行；当现场控制位处于自动控制时，操作员可在调度中心远程下发指令，实现自动与中控的无扰切换。
三、改进PLC程序
1、控制方式优化，增设中控与自控无扰切换
手动：当设备的控制选择开关打在手动控制时，系统置于手动控制模式，操作员可通过现场按钮控制设备运行。此时PLC处于监控状态，发送数据到中控室，不参与设备控制。
自控：当设备的控制选择开关打在自动控制时，系统置于中控、自动控制模式。此时调度中心发送中控命令到PLC，系统即处于中控控制模式下；调度中心发送自动命令到PLC，系统即处于自动控制模式下。在自动模式下，整个系统是以无人值守功能进行设计的。
中控：当设备的控制选择开关打在自动控制时，系统置于中控、自动控制模式。此时调度中心通过WINCC写入数据，中控命令经网络发送到PLC模，系统即处于中控控制模式下；同理发送自动命令到PLC，系统即处于自动控制模式下。
在中控模式下，PLC接收调度中心发送的命令操控设备，PLC只有对中控命令选择的保护功能起自动保护功能，其他情况只是做监控功能。
改造后此上三种控制方式的优先级顺序为手动、自动、中控，其中自动、中控运行方式之间的切换采取“申请优先”的方式，通过程序执行，实现无扰动切换，使系统根据实际情况人工远程调度操作的控制方式。
3、优化控制闭环
为了减小水锤效应，最大限度的保护供水管道，在电动阀开关时避免急开、急关。现以PLC控制电动阀开控制为例：当PLC接到中控开阀命令后，先开启开度至20%，停30秒再开启至40%,再停30秒核对每次升20%启至全开。在设定时间内没有到达全开位则向上位机发送“开故障”信号，故障存档。
4、设备故障监测，
4.1开故障：在一步化启停程序中，程序送出“开执行信号”后，在设定时间内没有到达全开位或仍在全关位时PLC判为“开故障”，立即切断阀门动力电源，向上位机发送“开故障”信号，故障存档。
4.2关故障：在一步化启停程序中，程序送出“关执行信号”后，在设定时间内没有到达全关位或仍在全开位时PLC判为“关故障”，立即切断阀门动力电源，向上位机发送“关故障”信号，故障存档。
4.3热故障，过扭距故障：当PLC检测到电动阀的热故障或过扭距故障时立即切断阀门动力电源，向上位机发送故障信号，故障存档。
5、保护功能
从原有手动、运行、全开位、全关位、故障控制量的基础上增加遥控、阀开度、开控制、关控制。通过PLC检测上位机应答信号，若无应答，则PLC输出复位信号，带动复位，继电器给设备复位，应对原有系统设备死机问题。
四、改造效果
在瓜沥、楼塔、河上等多个加压泵站及关键联络调节阀进行PLC及wincc程序改造后，在供水调度中心，实现远程对设备进行监视和操控，大大减轻工作强度，实现现场无人值守，累计节约费用超过50万元，同时减少突发爆管后的水量损失，提升区域供水管理能力。通过改造实现对压力、流量、水质、温度等数据实时监控,和阀门、泵机等设备远程操控，提高运行安全、降低生产能耗、提高劳动效率，基本形成供水系统物联网雏形。
参考文献
[1]廖常初.PLC编程及应用.第4版[M].北京：机械工业出版社,2014．
[2]王万良、张羽方、徐新黎、李笠.梯级小水电群动态多目标优化调度[J].浙江工业大学学报.2016 , 44 (6) :591-600
[3]吴国伟、金城志.CAS系统在萧山供水调度中的应用[J].自动化技术与应用.2007，（12）：133-134
[4]雷霆.PLC在城市小型供水泵站中的应用[J].自动化技术与应用.2016 , 35 (10) :76-79
[5]金城志.南片水厂排泥行车运行方式的PLC及Wincc程序改造探析 [J].中国高新技术企业 .2015，（12）：34-35
作者简介：吴国伟（1979—），男，浙江杭州人，中级职称、研究方向：自动化控制技术研究及应用
论文作者:吴国伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第7期
论文发表时间:2017/8/13
标签：故障论文; 系统论文; 供水系统论文; 中控论文; 设备论文; 程序论文; 自动控制论文; 《建筑学研究前沿》2017年第7期论文;