專利名稱：帶光纖傳輸功能的可編程測控網(wǎng)設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種帶光纖傳輸功能的可編程測控網(wǎng)設備，屬于綜合自動化測量與控 制領域。
背景技術：
隨著社會經(jīng)濟和技術的進步，水利檸業(yè)信息化和自動化的應用需求進一步增強。對于 地處偏遠地區(qū)或山區(qū)的小型水利樞紐、水電站、水庫以及農(nóng)田水利工程的主要水工設施， 如，泄洪閘、灌溉引水閘、進水閘、尾水閘等，不僅要求能夠在現(xiàn)場實行自動化測量和電 氣控制，而且要求能夠在管理中心(樓)對幾公里或者是幾十公里以外的水工建筑設施進 行遠程測量和電氣控制。
目前，面向小型水利樞紐、水庫、水電站以及農(nóng)田水利工程的自動化測量和電氣控制 設備，不具備低成本的遠方控制性能，以及綜合性的自動化測量與電氣控制性能。
目前，已有的低成本現(xiàn)場設備僅僅能夠實現(xiàn)常規(guī)的繼電器邏輯的手動控制方式，不能 夠實現(xiàn)可編程自動化測量和電氣控制，也不能夠通過光纖傳輸實現(xiàn)遠方控制。已具備遠方 控制和傳輸性能的設備成本較高，不適合小型水利樞紐、水庫、水電站以及農(nóng)田水利工程 的推廣應用。另外，小型水利樞紐、水庫、水電站以及農(nóng)田水利工程的運行、維護及管理 人員的技術水平一般不高，難以維護和管理較復雜的測控設備。
實用新型內容
本實用新型要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術存在的缺陷提出一種帶光纖傳輸功能的 可編程測控網(wǎng)設備，滿足現(xiàn)代化的小型水利樞紐、水庫、水電站以及農(nóng)田水利工程的自動 化測量和電氣控制需求。
本實用新型帶光纖傳輸功能的可編程測控網(wǎng)設備，其特征在于包括監(jiān)控中心設備和N 個現(xiàn)場控制單元，其中N為自然數(shù)，所述監(jiān)控中心設備包括監(jiān)控主機、打印機、多口光纖 收發(fā)器和UPS電源，其中UPS電源的輸出端分別與打印機的電源接口、監(jiān)控主機的電源接 口和多口光纖收發(fā)器的電源接口連接，多口光纖收發(fā)器與監(jiān)控主機電連接，監(jiān)控主機與打 印機電連接；第一現(xiàn)場控制單元與第二現(xiàn)場控制單元電連接，第二現(xiàn)場控制單元至第N現(xiàn) 場控制單元分別與多口光纖收發(fā)器電連接。本實用新型適用于現(xiàn)代化的小型水利樞紐、水庫、水電站以及農(nóng)田水利工程的閘門、 荷重、水位、流量、揚壓力及電氣參數(shù)等的綜合自動測量和水工設施的電氣控制，運行維 護方便、成本低、功能綜合、可遠方控制管理，具有較高的性價比，有利于推廣應用。
圖1是本實用新型的系統(tǒng)連接原理方框圖2是本實用新型的現(xiàn)場控制單元方框圖3是本實用新型的監(jiān)控主機應用軟件功能模塊方框圖4是本實用新型的現(xiàn)場控制單元的電機控制回路電原理圖I ;
圖5是本實用新型的現(xiàn)場控制單元的電機控制回路電原理圖II;
圖6是本實用新型的現(xiàn)場控制單元的PLC電原理圖I ;
圖7是本實用新型的現(xiàn)場控制單元的PLC電原理圖II;
圖8是本實用新型的現(xiàn)場控制單元的plc電原理圖m。
具體實施方式
如圖1所示。本實用新型帶光纖傳輸功能的可編程測控網(wǎng)設備，其特征在于包括監(jiān)控 中心設備和N個現(xiàn)場控制單元，其中N為自然數(shù)，所述監(jiān)控中心設備包括監(jiān)控主機、打印 機、多口光纖收發(fā)器和UPS電源，其中UPS電源的輸出端分別與打印機的電源接口、監(jiān)控 主機的電源接口和多口光纖收發(fā)器的電源接口連接，多口光纖收發(fā)器與監(jiān)控主機電連接， 監(jiān)控主機與打印機電連接；第一現(xiàn)場控制單元與第二現(xiàn)場控制單元電連接，第二現(xiàn)場控制 單元至第N現(xiàn)場控制單元分別與多口光纖收發(fā)器電連接。
現(xiàn)場控制單元的套(個)數(shù)可以根據(jù)需要布設，可以是1 16套(個)。每個現(xiàn)場控制 單元還連接有若干個測量傳感器，測量傳感器也是根據(jù)需要布設，其種類可以允許開關量 或模擬量的傳感器接入現(xiàn)場控制單元的機柜?，F(xiàn)場控制單元的核心部件采用PLC (可編程 控制器)，實現(xiàn)對閘門、水位、揚壓力及電氣參數(shù)等的自動測量和水工設施的現(xiàn)場電氣控制。
監(jiān)控中心設備包括一臺多口光纖收發(fā)器、 一臺監(jiān)控主機(微型計算機)、 一臺打印機及 一臺UPS電源等。監(jiān)控主機通過多口光纖收發(fā)器與下屬的各個現(xiàn)場控制單元的單口光纖收 發(fā)器連接，采用光纖數(shù)據(jù)傳輸方式，傳輸協(xié)議是基于Profibus-DP現(xiàn)場總線協(xié)議。監(jiān)控主機 通過自己的以太網(wǎng)絡接口與上級部門通信。
如圖2所示?，F(xiàn)場控制單元包括電源、電機控制回路、PLC電路、文本顯示器和光纖收 發(fā)器，其中電源的輸出端分別與電機控制回路的電源接口、 PLC電路的電源接口、文本顯示 器的電源接口和光纖收發(fā)器的電源接口連接，文本顯示器與PLC電路電連接，光纖收發(fā)器與PLC電路電連接，PLC電路與電機控制回路電連接。
圖3是本實用新型的監(jiān)控主機應用軟件功能模塊方框圖。
監(jiān)控主機應用軟件主要由以下軟件模塊組成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)采集和控制操作 模塊、通信服務模塊、顯示處理模塊、系統(tǒng)管理模塊和參數(shù)設置模塊等。
數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫的管理，以及為各處理程序生成維護系統(tǒng)運 行所要求的全部數(shù)據(jù)文件。監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集的功能能夠處理所有的輸入、輸出，根據(jù) 任務的優(yōu)先級，操作反映及系統(tǒng)事件表安排所有的控制任務，能提供與現(xiàn)場控制單元的所 有通信聯(lián)系。能采集從現(xiàn)場控制單元傳來的數(shù)據(jù)，監(jiān)視數(shù)據(jù)通信的差錯。接受操作員的命 令，并把命令傳向現(xiàn)場控制單元。通信服務的功能處理所有的通信接口服務請求，提供在 線和離線現(xiàn)場控制單元、監(jiān)控主機和遠程CPU之間的連接，為操作員提供詢問系統(tǒng)和指導 系統(tǒng)要執(zhí)行動作的人機對話能力。系統(tǒng)管理的功能能夠對整個系統(tǒng)進行管理，分析系統(tǒng)中 所有已知設備的狀態(tài)，以確定該設備的"冷"、"熱"狀態(tài)。參數(shù)設置的功能允許操作員對 系統(tǒng)進行參數(shù)修改和設置。顯示處理的功能能夠進行圖形和數(shù)據(jù)顯示，記錄控制所有的信 息送到硬盤上存儲，包括系統(tǒng)事件和操作員引起的信息。
圖4是本實用新型的現(xiàn)場控制單元的電機控制回路電路原理圖I 。
對照圖4， 380VAC電源經(jīng)三相線UIO、 V10、 W10端接入自動空氣開關QFll，自動空 氣開關QFll控制380VAC電源通斷。在三相線UIO、 V10、 W10上，其中相線UIO、 V10 間接電壓表PV，電壓表PV的兩個接觸點與相線U10、 V10之間分別加連保險絲FU1、FU2。 閘門上升交流接觸器KMll、閘門下降交流接觸器KM12通過熱繼電器FR1連接電機1M。 在閘門下降交流接觸器KM12和自動空氣開關QF11之間的Wll處留一輸出端Wll?；ジ?器TA與電流表PA對應連接，在互感器TA與電機1M之間的V12、 W12之間連接制動器 YB。
圖5是本實用新型的現(xiàn)場控制單元的電機控制回路電原理圖II 。
對照圖5，自動空氣開關QF12通過接線點"1"、 "3"接通220VAC電源，并導出接線 點"2"、 "4"。自動空氣開關QF12的接線點"2"和"4"分別與電源控制指示燈HL4連接。 自動空氣開關QF12的接線點"4"分別與熱繼電器FR接點的"96"接線點、電源監(jiān)視繼 電器KA1的停"14"接線點、閘門停止指示燈HL3的"2"接線點、閘門上升指示燈HL1 的"2"接線點、閘門下降指示燈HL2的"2"接線點連接。轉換開關SA1與閘門停止按鈕 SB3、升門按鈕SB1、閘門下降交流接觸器KM12的第二輔助常閉接點、第一輔助繼電器 SGP11常閉接點、閘門上升交流接觸器KMll的線包串聯(lián)連接。
對照圖5，轉換開關SA1分別與閘門上升交流接觸器KMll的第一輔助常開接點和第 一繼電器Kl串聯(lián)連接。轉換開關SA1與第二繼電器K2串聯(lián)連接。閘門下降交流接觸器KM12的第一輔助常開接點和降門按鈕SB2與閘門上升交流接觸器KM11的第一輔助常閉 接點對應連接。閘門上升交流接觸器KMll的第一輔助常閉接點與第二輔助繼電器SGP12 常閉接點、閘門下降交流接觸器KM12的線包串聯(lián)連接。
對照圖5，閘門上升交流接觸器KMll的輔助常閉接點"21"、 "22"與閘門下降交流接 觸器KM12的輔助常閉接點"21"、 "22"及閘門停止指示燈HL3串聯(lián)連接。閘門上升交流 接觸器KMll的輔助常開接點"13"、 "14"與間門上升指示燈HL1串聯(lián)連接。閘門下降交 流接觸器KM12的輔助常閉接點"13"、 "14"與鬧門下降指示燈HL2串聯(lián)連接。
對照圖5，自動空氣開關QF13接220VAC電源。QF13的兩端分別接三相插座CZ1、 加熱驅濕器WKQ，以及24伏PLC電源EIP (型號PS307)。
圖6是本實用新型的現(xiàn)場控制單元的PLC電原理圖I 。
對照圖6，現(xiàn)場控制單元的核心部件采用PLC (可編程控制器)，選擇德國西門子公司 的S7-200系列PLC產(chǎn)品設計，CPU模塊采用型號是CPU226(帶24輸入接口/16輸出接口 )， 采用型號是6ES7 216-2AD23-OXB8， LCD文本顯示器WBS采用型號是TD200，光纖收發(fā) 器GF1采用型號是GQSIOO。
對照圖6， CPU模塊的PortO端口與LCD文本顯示器WBS輸入端口對應連接，Portl 端口與光纖收發(fā)器GF1的輸入IN端口對應連接。
CPU模塊帶有24個開關量輸入接口和16個開關量輸出接口， CPU模塊上的開關量輸 入接口"I1"端口接PLC電源EIP(型號PS307)的負端，開關量輸入接口的"I2"、 "I3" "19"端口，及"110" "114"端口一一對應連接饋線X2:l x2:13。 X2:l x2:13可以接 收閘門傳感器開關量信號的輸入。開關量輸入口的"124" "126"端口對應連接轉換開 關SA1。
圖7是本實用新型的現(xiàn)場控制單元的PLC電原理圖II 。
對照圖7， CPU模塊上的開關量輸出接口 "Q1"、 "Q23"端口接PLC電源EIP的負端， "Q2"、 "Q24"端口接PLC電源EIP的正端，"Q22"端口接大地。開關量輸出接口的"Q3" 端口接自動升門繼電器K1的線包，"Q4"端口接自動降門繼電器K2的線包。開關量輸出 接口的"Q5"、 "Q6"和"Q7"端口分別與故障指示燈HL5、現(xiàn)地手動指示燈HL6、現(xiàn)地 自動指示燈HL7及遠方自動指示燈HL8對應連接。
圖8是本實用新型的現(xiàn)場控制單元的PLC電原理圖III。
對照圖8，開關量輸入擴展模塊采用型號是6ES7 221-lBH22-OXB8，開關量輸入擴展 模塊的"II"和"17"端口接PLC電源EIP的負端，"114"端口接大地。開關量輸入擴展模 塊的"12"端口接熱繼電器FR的接點對應連接，開關量輸入擴展模塊的"13"端口與電 源監(jiān)視繼電器KA1的接點對應連接，"14"端口與閘門上升交流接觸器KMll、 "15"端口與閘門下降交流接觸器KM12 —一對應連接。"18"、 "19"、 "110"和"111"端口分別與 閘門停止按鈕SB1、升門按鈕SB3、降門按鈕SB2和復位按鈕SB4—一對應連接。
對照圖8，模擬量輸入模塊采用型號是6ES7 231-OHC22-OXB8，模擬量輸入模塊的 "116"端口接24伏PLC電源EIP ((型號PS307)的正端，24伏PLC電源負端接"117" 端口， "117"端口與也"118"端口連接，并接大地。閘門荷重傳感器信號輸入(1)分別接 入模擬量輸入模塊的"14" 、"15" "16"端口。閘門荷重傳感器信號輸入(2)分別接 入模擬量輸入模塊的"17" 、"18" "19"端口。模擬量輸入模塊的"I10" 、"111" "112" 端口分別接水位傳感器信號輸入。
對照圖8，電流耦合集成電路IC1 (型號是TC1241L)的"5"管腳接第一電阻R1， 第二電阻R2的一端接電流耦合集成電路IC1的"2"管腳，另外一端接"7"管腳，第三電 阻R3的一端接模擬量輸入模塊的"12"，另外一端接電流耦合集成電路IC1的"3"管腳， 第四電阻R4的一端接電流耦合集成電路IC1的"7"管腳，另外一端接接24伏PLC電源 EIP的正端。揚壓力傳感器信號輸入連接電流耦合集成電路IC1的"6"和"2"管腳，另外 一端接地。
權利要求1.一種帶光纖傳輸功能的可編程測控網(wǎng)設備，其特征在于包括監(jiān)控中心設備和N個現(xiàn)場控制單元，其中N為自然數(shù)，所述監(jiān)控中心設備包括監(jiān)控主機、打印機、多口光纖收發(fā)器和UPS電源，其中UPS電源的輸出端分別與打印機的電源接口、監(jiān)控主機的電源接口和多口光纖收發(fā)器的電源接口連接，多口光纖收發(fā)器與監(jiān)控主機電連接，監(jiān)控主機與打印機電連接；第一現(xiàn)場控制單元與第二現(xiàn)場控制單元電連接，第二現(xiàn)場控制單元至第N現(xiàn)場控制單元分別與多口光纖收發(fā)器電連接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的帶光纖傳輸功能的可編程測控網(wǎng)設備，其特征在于所述現(xiàn)場控制 單元包括電源、電機控制回路、PLC電路、文本顯示器和光纖收發(fā)器，其中電源的輸出 端分別與電機控制回路的電源接口、 PLC電路的電源接口、文本顯示器的電源接口和光 纖收發(fā)器的電源接口連接，文本顯示器與PLC電路電連接，光纖收發(fā)器與PLC電路電連 接，PLC電路與電機控制回路電連接。
專利摘要本實用新型公布了一種帶光纖傳輸功能的可編程測控網(wǎng)設備，屬于綜合自動化測量與控制領域。本實用新型包括監(jiān)控中心設備和N個現(xiàn)場控制單元，其中N為自然數(shù)，所述監(jiān)控中心設備包括監(jiān)控主機、打印機、多口光纖收發(fā)器和UPS電源，其中UPS電源的輸出端分別與打印機的電源接口、監(jiān)控主機的電源接口和多口光纖收發(fā)器的電源接口連接，多口光纖收發(fā)器與監(jiān)控主機電連接，監(jiān)控主機與打印機電連接；第一現(xiàn)場控制單元與第二現(xiàn)場控制單元電連接，第二現(xiàn)場控制單元至第N現(xiàn)場控制單元分別與多口光纖收發(fā)器電連接。本實用新型運行維護方便、成本低、功能綜合、可遠方控制管理，具有較高的性價比，有利于推廣應用。
文檔編號G05B19/418GK201340544SQ200920037528
公開日2009年11月4日 申請日期2009年2月10日 優(yōu)先權日2009年2月10日
發(fā)明者仲啟強, 徐立中, 李臣明, 樊棠懷 申請人:河海大學