專利名稱：基于modibus總線協(xié)議的小型水電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及遠(yuǎn)程監(jiān)控的技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于M0DIBUS總線協(xié)議的小型水電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著我國水電站“無人值守”要求的不斷深入以及自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)的不斷發(fā)展，水電站多功能控制系統(tǒng)越來越被重視?？刂葡到y(tǒng)的自動(dòng)化程度和網(wǎng)絡(luò)化程度直接影響到水電站平時(shí)業(yè)務(wù)運(yùn)作的安全性和高效性。傳統(tǒng)的手動(dòng)控制方式采用繼電器控制回路對(duì)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行操作，其功能單一、可擴(kuò)展性較差，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致電氣設(shè)備維護(hù)和更新的難度較大。 可編程控制器(PLC)采用一類可編程的存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)內(nèi)嵌程序，執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算、順序控制等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬輸出信號(hào)控制電氣設(shè)備。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡化，設(shè)計(jì)和調(diào)試工作量較小。用戶可根據(jù)實(shí)際需求，通過編制PLC程序，隨時(shí)擴(kuò)展系統(tǒng)功能或?qū)⒐δ苤匦屡渲?，維護(hù)方便，容易改造，實(shí)用性很強(qiáng)。因此PLC作為小型水電站自動(dòng)化設(shè)備的控制核心代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制回路已經(jīng)成為必然趨勢。小型水電站現(xiàn)有的自動(dòng)化控制系統(tǒng)由于功能不同，采用不同的PLC設(shè)備分別進(jìn)行控制。其設(shè)備數(shù)量過多，硬件成本過高，使用效率偏低，通用性不強(qiáng)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本較低的基于M0DIBUS總線協(xié)議的小型水電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種基于M0DIBUS總線協(xié)議的小型水電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括多個(gè)現(xiàn)場控制單元，各控制單元通過M0DIBUS總線與遠(yuǎn)方集中控制中心的用于實(shí)時(shí)監(jiān)測、控制各現(xiàn)場控制單元的業(yè)務(wù)運(yùn)行狀態(tài)的工控計(jì)算機(jī)相連。所述現(xiàn)場控制單元包括通過M0DIBUS總線與所述工控計(jì)算機(jī)相連的輸入模塊、 與該輸入模塊相連的處理模塊、與該處理模塊相連的輸出模塊、以及與該輸出模塊相連的執(zhí)行模塊，該輸出模塊和輸入模塊之間設(shè)有現(xiàn)場控制屏。所述多個(gè)現(xiàn)場控制單元由同一組 PLC構(gòu)成。進(jìn)一步，所述執(zhí)行模塊與小型水電站中的水輪機(jī)進(jìn)水閥、液壓啟閉機(jī)閘門和輔機(jī)的控制輸入端相連。本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本實(shí)用新型將水輪機(jī)控制功能、閘門啟閉控制功能和輔機(jī)控制等多種功能集成在同一組PLC設(shè)備上，按內(nèi)嵌程序，同時(shí)自動(dòng)處理水電站自動(dòng)控制的多個(gè)業(yè)務(wù)需求，有效簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、縮減設(shè)備規(guī)模和成本，增強(qiáng)了 PLC設(shè)備的通用性和可靠性。( 本實(shí)用新型針對(duì)小型水電站不同的業(yè)務(wù)需求，設(shè)計(jì)了一種功能綜合化的網(wǎng)絡(luò)型運(yùn)行測量控制設(shè)備。該設(shè)備以可編程控制器(PLC)為控制核心，通過內(nèi)嵌程序，在水電站現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的自動(dòng)化控制，如水輪機(jī)進(jìn)水閥控制、液壓啟閉機(jī)閘門控制、輔機(jī)控制等。同時(shí)，該設(shè)備還可以通過M0DIBUS總線協(xié)議，與遠(yuǎn)方集中控制中心進(jìn)行通訊鏈接，由控制中心的工控計(jì)算機(jī)同時(shí)監(jiān)測、控制多個(gè)水電站現(xiàn)場控制單元的業(yè)務(wù)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程控制?！艾F(xiàn)場自動(dòng)”和“遠(yuǎn)程控制”操作權(quán)的切換可由電氣控制屏面上的切換開關(guān)選擇，也可由遠(yuǎn)程集中控制中心的工控計(jì)算機(jī)指令選擇。當(dāng)選定一種控制方式時(shí)，另一種方式閉鎖，兩種方式可以無擾切換。此組合控制的結(jié)構(gòu)能夠更加可靠地控制水電站水利設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)作。(3)本實(shí)用新型的主要特點(diǎn)①通用性強(qiáng)，適用場合廣?？蓾M足小型水電站的多種水利業(yè)務(wù)需求。如水輪機(jī)進(jìn)水閥控制、液壓啟閉機(jī)閘門控制、輔機(jī)控制等。PLC設(shè)備還保留有多個(gè)備用的輸入輸出接口，用戶可根據(jù)水電站業(yè)務(wù)的實(shí)際情況，隨時(shí)擴(kuò)展系統(tǒng)功能或?qū)⒐δ苤匦屡渲茫鰪?qiáng)系統(tǒng)的控制功能。②控制方式靈活。用戶既可以在水電站現(xiàn)場點(diǎn)擊相應(yīng)的PLC控制設(shè)備按鈕，操作水利設(shè)備運(yùn)行，也可以通過通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在遠(yuǎn)程集中控制中心調(diào)用控制指令，同時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控多個(gè)水電站現(xiàn)場單元的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。特別適合于多個(gè)水電站統(tǒng)一調(diào)度和協(xié)同管理的場合。③調(diào)試方便。若PLC硬件出現(xiàn)故障，較易診斷，只需按模塊排除故障，模塊的備件可在市場買到，只需簡單的更換即可。若軟件產(chǎn)生問題時(shí)，用戶可直接編程，對(duì)內(nèi)嵌程序進(jìn)行修改或擴(kuò)展，無需變更硬件設(shè)備。 PLC的編程語言一般采用梯形圖語言，與繼電器控制線路很相似，較容易掌握。設(shè)備整體的安全性和可靠性較高。

為了使本實(shí)用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中圖1為實(shí)施例中的基于M0DIBUS總線協(xié)議的小型水電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實(shí)用新型的PLC配置電路圖；圖3為本實(shí)用新型的PLC傳感器信號(hào)輸入模塊電路；圖4為本實(shí)用新型的油泵電動(dòng)機(jī)控制電路。
具體實(shí)施方式
見圖1，本實(shí)施例的基于M0DIBUS總線協(xié)議的小型水電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括多個(gè)現(xiàn)場控制單元(即圖1中的第一、第二和第N現(xiàn)場控制單元)，各控制單元通過M0DIBUS 總線與遠(yuǎn)方集中控制中心的用于實(shí)時(shí)監(jiān)測、控制各現(xiàn)場控制單元的業(yè)務(wù)運(yùn)行狀態(tài)的工控計(jì)算機(jī)相連。所述現(xiàn)場控制單元包括通過M0DIBUS總線與所述工控計(jì)算機(jī)相連的輸入模塊、 與該輸入模塊相連的處理模塊、與該處理模塊相連的輸出模塊、以及與該輸出模塊相連的執(zhí)行模塊，該輸出模塊和輸入模塊之間設(shè)有現(xiàn)場控制屏。所述多個(gè)現(xiàn)場控制單元由同一組 PLC設(shè)備構(gòu)成。遠(yuǎn)程工控計(jì)算機(jī)可以通過M0DIBUS現(xiàn)場總線協(xié)議同時(shí)監(jiān)測、控制多個(gè)現(xiàn)場控制單元的閘門運(yùn)行狀態(tài)。現(xiàn)場控制屏可以實(shí)時(shí)監(jiān)視PLC設(shè)備的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)狀態(tài)，用戶點(diǎn)擊屏上按鈕，啟動(dòng)相應(yīng)的控制功能。如圖2，PLC設(shè)備組由通訊模塊、CPU模塊、傳感器信號(hào)輸入模塊、控制信號(hào)輸入模塊和控制信號(hào)輸出模塊組成。通訊模塊用于將現(xiàn)場控制單元和遠(yuǎn)程工控計(jì)算機(jī)建立起通訊鏈接，滿足工控計(jì)算機(jī)對(duì)PLC的遠(yuǎn)程控制需求。CPU模塊是PLC的控制中樞，接收并存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)和命令，按內(nèi)嵌程序執(zhí)行邏輯運(yùn)算或控制任務(wù)，并將結(jié)果傳送到相應(yīng)的輸出設(shè)備。16 位的間閥傳感器信號(hào)和功能控制信號(hào)被送入輸入模塊，經(jīng)CPU模塊處理后，輸出至功能執(zhí)行單元，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行。本實(shí)用新型的PLC傳感器信號(hào)輸入模塊電路如圖3所示。16位的傳感器數(shù)據(jù)由絕對(duì)式軸角編碼器FB900C獲得，并輸入至數(shù)字量輸入模塊SM321。CPU模塊根據(jù)傳感器測量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)控制執(zhí)行模塊的電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，如電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、方向等參數(shù)，并不斷更新傳感器數(shù)據(jù)。PLC控制信號(hào)輸入輸出模塊電路采用SM321作為輸入設(shè)備，外接一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)、多個(gè)控制按鈕、輔機(jī)控制輸入模塊和備用輸入模塊。轉(zhuǎn)換開關(guān)用于從“現(xiàn)場自動(dòng)控制”和“遠(yuǎn)程控制”按鍵中選擇相應(yīng)的工作方式，選擇一種方式時(shí)，另一方式自動(dòng)閉鎖。隨后再對(duì)閘閥進(jìn)行操作，按壓相應(yīng)的閘閥上升按鈕、閘閥下降按鈕或閘閥停止按鈕，發(fā)出指令信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生故障時(shí)，可由故障復(fù)位按鈕重置系統(tǒng)狀態(tài)。輔機(jī)控制功能由相應(yīng)的輔機(jī)控制按鈕來啟動(dòng)。工作油泵和備用油泵由油壓檢測繼電器線圈的通電與否決定相應(yīng)功能的開啟與停止。輸入模塊的備用引腳可根據(jù)用戶需求，接入其他電氣元件，以擴(kuò)展系統(tǒng)的輸入功能。傳感器輸入信號(hào)和控制輸入信號(hào)經(jīng)PLC內(nèi)嵌程序處理后，輸出至數(shù)字量輸出模塊 SM322。輸出信號(hào)既可以顯示相應(yīng)閘閥的上升、下降、停止和油泵故障狀態(tài)，又可以對(duì)溢流閥、閘閥上升電磁閥、閘閥下降電磁閥和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)接觸器線圈通電，以啟動(dòng)相應(yīng)的系統(tǒng)功能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重問題時(shí)，還能自動(dòng)報(bào)警提醒用戶注意，以采取相應(yīng)的措施。輔機(jī)輸出信號(hào)則用以控制滲漏排水、風(fēng)機(jī)運(yùn)行、空氣壓縮等功能。當(dāng)PLC檢測到油泵工作油壓降低時(shí)， 自動(dòng)對(duì)工作油泵繼電器線圈通電，啟動(dòng)輸入設(shè)備的工作油泵功能；當(dāng)PLC檢測到油泵工作油壓過低時(shí)，對(duì)備用油泵繼電器線圈通電，打開輸入設(shè)備的備用油泵功能；當(dāng)PLC檢測到油泵工作油壓過高時(shí)，打開排油閥，維持電機(jī)的油壓平衡；若油泵的工作油壓正常時(shí)，則無需對(duì)工作油泵和備用油泵繼電器線圈通電，自動(dòng)停用上述功能。備用輸出接口可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展輸出功能。油泵電動(dòng)機(jī)控制電路如圖4所示。油泵電機(jī)回路采用三相電源供電，自動(dòng)空氣開關(guān)通斷電源。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)接觸器觸頭根據(jù)其接觸器線圈的通電與否，開啟或停止油泵電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。熱繼電器熱元件與油泵電機(jī)相連，使得電動(dòng)機(jī)在高溫工作環(huán)境下，自動(dòng)停機(jī)保護(hù)。 油泵電動(dòng)機(jī)的油泵切換、電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向、電機(jī)速度調(diào)節(jié)等控制信號(hào)均由PLC輸出模塊提供。
權(quán)利要求1.一種基于M0DIBUS總線協(xié)議的小型水電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于包括多個(gè)現(xiàn)場控制單元，各控制單元通過M0DIBUS總線與遠(yuǎn)方集中控制中心的用于實(shí)時(shí)監(jiān)測、控制各現(xiàn)場控制單元的業(yè)務(wù)運(yùn)行狀態(tài)的工控計(jì)算機(jī)相連；所述現(xiàn)場控制單元包括通過M0DIBUS總線與所述工控計(jì)算機(jī)相連的輸入模塊、與該輸入模塊相連的處理模塊、與該處理模塊相連的輸出模塊、以及與該輸出模塊相連的執(zhí)行模塊，該輸出模塊和輸入模塊之間設(shè)有現(xiàn)場控制屏。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于M0DIBUS總線協(xié)議的小型水電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述執(zhí)行模塊與小型水電站中的水輪機(jī)進(jìn)水閥、液壓啟閉機(jī)閘門和輔機(jī)的控制輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于M0DIBUS總線協(xié)議的小型水電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述多個(gè)現(xiàn)場控制單元由同一組PLC構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于MODIBUS總線協(xié)議的小型水電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括多個(gè)現(xiàn)場控制單元，各控制單元通過MODIBUS總線與遠(yuǎn)方集中控制中心的用于實(shí)時(shí)監(jiān)測、控制各現(xiàn)場控制單元的業(yè)務(wù)運(yùn)行狀態(tài)的工控計(jì)算機(jī)相連?，F(xiàn)場控制單元包括輸入模塊、處理模塊、輸出模塊、執(zhí)行模塊和現(xiàn)場控制屏。本實(shí)用新型將水輪機(jī)控制功能、閘門啟閉控制功能和輔機(jī)控制等多種功能集成在同一組PLC設(shè)備上，按內(nèi)嵌程序，同時(shí)自動(dòng)處理水電站自動(dòng)控制的多個(gè)業(yè)務(wù)需求，有效簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、縮減設(shè)備規(guī)模和成本，增強(qiáng)了PLC設(shè)備的通用性和可靠性。
文檔編號(hào)G05B19/418GK202306269SQ201120364980
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者李臣明, 郭銳, 高強(qiáng) 申請人:李臣明, 郭銳, 高強(qiáng)