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铁路沿线给水远程无线数据采集系统

项目背景概述

铁路供水对于保障铁路系统的正常运作意义重大,而铁路沿线供水的水井、水塔等设施分布比较分散,以往铁路供水系统的监控是依靠电话同现场的操作人员取得联系进行判断现场供水情况,为了提高铁路沿线供水设备管理的实时性,改善铁路供水水质,降低成本需要一种更加高效、可靠的系统进行代替,为此,设计的远程供水测控终端集数据采集与处理 现场控制和远程通信于一体 分布在现场的测控终端通过RS485/以太网转换模块,充分地利用现有的以太网资源 实现远程测控终端与监控中心的通信功能,从而可以实现高可靠性,低成本的实时监控达到系统安全运行目的。 

铁路沿线给水远程测控系统 

系统总体设计 

本系统设计的远程测控终端是根据新乡水电段提供的给水集中远程监控系统,技术要求而完成的。远程测控系统由监控中心,分布在各个监控点上的远程测控终端和通信介质3部分组成,实现无线数据采集、无线传输。
系统的主要功能:

  1. 测控终端现场采集并显示水位高低,泵出口压力,泵出口流量等参数;

  2. 测控终端现场采集并显示电机三相电压,三相电流,电度量数据;

  3. 测控终端现场采集并用LED 指示电机运行状态,泵房有无人状态等;

  4. 向监控中心上传水位高低,泵出口压力,泵出口流量等参数;

  5. 向监控中心上传电机三相电压,三相电流,电度量数据;

  6. 向监控中心上传电机运行状态,自动/ 手动切换状态,泵房有无人状态;

  7.  向监控中心上传安全监控上下限参数,如:井塔水位、电压、电流等参数的上下限值;

  8. 监控中心远程控制电机的开停;

  9. 监控中心远程修改安全监控上下限参数。  

系统总体结构

如图1 所示远程监控系统的上层是监控PC机中间层是由RS485/以太网转换器以及线路组成的通信链路层,下层是具有RS485 总线接口的测控终端,测控终端由单片机系统组成,分布在各井房和水塔现场,负责采集现场数据,并在上位PC机发出请求时将数据传送给上位机 RS485/以太网转换器完成数据链路层,网络层的协议转换,数据交换任务。 

无线数据采集系统 

测控终端硬件设备CT7B60简介:

  1. 系统提供多种输入输出接口资源(不同型号产品接口资源有差别,如上产品规格型号)。

    1)0~15 路10 位 AD 模拟量信号采集(输入阻抗 250 欧姆),标准 4~20mA(0~5VDC/0~10VDC)输入(支持电流型与电压型传感器),量程和零点可任意设置;

    2)0~6 路 DI 开关量/脉冲量输入;
    3)0~16 路 DO 控制信号的干点输出,输出驱动电流可达300mA;能驱动多种继电器;
    4)所有输入和输出信号均为光藕隔离信号;
    5)1 路PWM输出;
    6)1 个RS232 口/ RS485 接口(任选其一),可作设置参数与数据采集、通信使用;
    7)数据信息透传。

  2. 响应远程控制:除本地可实时数据采集外,还可通过 GPRS 网络接收并响应远程PC服务端中心的控制指令。

  3. 逻辑控制可编程功能:可根据模拟量实时采样值、开关量状态值等输入信号,进行任意逻辑编程后输出满足用户各种需求控制的逻辑量(即具有工控PLC编程功能特性)。

  4. 报警功能:可根据模拟量上下限阀值报警并控制、开关量状态值报警并控制。

  5. 短信报警功能:用户可根据需要将重要的参数在服务端报警同时,增设短信报警,即具备短信猫功能。

  6. 系统采用移动或联通的 GSM/GPRS 通信平台,具有不受地理限制、稳定、可靠、成本低等优点。

  7. 实时性强,有效性高,可与上位机(PC 机)实时数据交换,并支持历史数据查询。

  8. 支持 UDP 和 TCP 通讯方式。

  9. 系统具有智能纠错能力,对设置参数、位数、范围、格式有错的都会智能提示。

  10. 支持 MODBUS 协议和组态软件:能够与多种组态软件接口,方便快速二次开发使用。

  11. 支持固定 IP 和动态域名解析。

  12. 实时在线和防死机功能:终端可以自主判断与中心数据连接是否正常,可以自动连接到服务端传输数据,对突发异常状况有硬件看门狗保护,任何异常状况都可恢复系统运行。

  13. 可扩展增强型功能:能够扩展接入 GPS 定位模块,输出测量点的经度、纬度和时间等信息,为用户的地理信息管理提供数据。  

产品相关图片如下图:

DTU无线数据采集

数据采集电路设计  

系统的数据采集电路包含3 个部分,水位,泵出口压力等模拟量,非电量,采集,电机运行状态手动/ 自动开关等各开关量采集,电机三相电压,三相电流,电度量等电量参数采集,模拟量,非电量,的采集是指现场的井液位塔液位,泵出口压力和出口流量4 个量的采集W77E58 的P0口通过74LS373 将地址和使能信号送给多路复用芯片CD4067 选通所要采集的数据通道依次采集井液位,塔液位,泵出口压力和流量 A/D转换器AD574 的转换结果送给W77E58 处理,开关输入量包括接触器状态,红外开关信号储液箱液位信号 手动/ 自动控制切换信号等 8255接口芯片与光电隔离芯片TLP521 共同实现开关量的采集 W77E58 单片机读取8255 PA 口的前7 位的状态就得到了经过光电隔离后的开关量状态信号PA0 PA6 表示的开关量状态依次为,泵运行状态自动/ 手动切换状态 泵房有无人状态等。 

电量参数采集是指电机的三相电压,三相电流和电度量等的采集,系统使用多功能智能电表进行电量的数据采集,多功能电表采集电量数据后,经过RS485 通信接口,再送给W77E58 的串口, 实现与多功能电度表通讯接口,实时地读取水泵电机三相电流、三相电压有功功率及消耗的电度量,动态监视水泵电机的运转状况。 

开关量输出控制电路设计:在供水系统中的水塔中水位的控制由水泵的开停决定,而水泵电机的开停由开关量控制开关量输出还包括注液控制信号,报警灯控制信号以及报警铃控制信号等,在开关量输出电路的设计中,和开关量采集电路一样,通过同一片8255 开关量的输出使用的是PC口 PC口经ULN2803 与外部的继电器等连接,控制电机,报警装置等,信接口电路设计,远程测控终端采用以太测控网关,网络通一种RS485/以太网转换器,作为测控终端与远程监控中心的通信接口,网络通是一种廉价小巧的测控以太网接口模块是远程测控终端的通信。 

系统的软件设计 

上位机软件设计 

上位机软件包括前台的管理模块和后台的与以太网通信模块组成,前台的管理模块包括工艺流程图,监控总体图泵站控制操作图,打印报表处理,历史纪录,测控算法程序等,后台通信模块功能是PC机通过以太网网络通和测控终端通信,完成与测控终端串行通信任务。
下位机软件设计 

下位机软件设计包括,管理程序,测控程序和通讯,管理程序有键盘及显示子程序掉电读写子程序,时钟管理子程序,报警处理子程序等,实现测控终端测控参量的实时显示,上下限值的设定,超限及故障诊断与报警处理功能,测控程序有数据采集及滤波处理子程序,定点数/ 浮点数转换子程序,开关量输入子程序,控制输出子程序等,实现液位,流量,压力类参量以及水泵电机运行状态等开关类输入量的采集处理,水泵电机,二氧化氯消毒设备等的输出控制,通讯程序有多功能电度表RS485 通信接口子程序,实现电压,电流电度等电参量的数据采集 RS485/以太网通信接口量控制和远程调度的功能。 

发送方将校验和计算出后放在帧尾同数据帧一起发送,接收方接到数据后,以同样方式计算校验后与传送过来的校验和进行比较。如果相同就表示正确,不同则表示有误。为了保证数据传送的准确性,采用如下两种情况差错处理方法:一是远程测控终端主发送时,若待发送的原始数据长度大于32字节时,可以分帧传送,发完一帧后等待正确应答信号;收到上位机的正确应答帧可发下一帧。否则,接收到出错应答或2s内无应答重复发当前帧重发5 次放弃发送。二是远程测控终端被动接收时接收到上位机发来的正确帧要在1s内发正确应答帧1 次,若发现出错要发出错应答帧1 次。 

实现铁路井群供水的集中监控不仅能够改变目前供水手段及监测方法落后的状况而且具有很好的经济效益和社会效益,利用现有的以太网资源实现的对铁路沿线供水情况的监控,其设计方法简单可靠,运行成本低,本系统的设计可以应用于电力、水利、石油、市政等行业中、特别是用于地理环境恶劣无人值守的环境下、应用前景广阔。 

 
 
 
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