計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研究的相關(guān)論文(2)
計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研究的相關(guān)論文篇二
《淺談水庫(kù)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用》
【摘 要】隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已在水庫(kù)中得到了穩(wěn)定的運(yùn)用。本文結(jié)合具體的應(yīng)用實(shí)例，闡述了水庫(kù)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的串口服務(wù)器、通訊工作站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行了介紹，對(duì)進(jìn)一步推廣水庫(kù)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用提供了很好的參考范例。
【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng);PLC;串口服務(wù)器
水庫(kù)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，它的穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)乎經(jīng)濟(jì)發(fā)展、民生大計(jì)。就目前水庫(kù)管理上來看，一套穩(wěn)定的、多功能的、集成度高的監(jiān)控系統(tǒng)是很必要的，只有這樣的系統(tǒng)才能輔助水庫(kù)管理工作，為水庫(kù)工作人員提供及時(shí)有效的數(shù)據(jù)和支持，保證水庫(kù)的健康運(yùn)行。以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)，將水庫(kù)的管理、監(jiān)控和信息管理建成一體化的數(shù)字平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)智能化管理，是趨勢(shì)所在。
1.概述
某水庫(kù)流域面積110.8km2，壩址以上集雨面積110.8km2，多年平均來水量1.2145億m3。
是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合供水、發(fā)電等綜合利用的水利工程。水庫(kù)大壩最大壩高46.02m，總庫(kù)容6803萬m3，正常蓄水位56.65m，電站裝機(jī)容量2000KW共4臺(tái)，年發(fā)電量223512.3度。該水庫(kù)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用了網(wǎng)絡(luò)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將閘門監(jiān)控、電站監(jiān)控、廠長(zhǎng)辦公室監(jiān)控有機(jī)地結(jié)合在了一起，最大程度地共享了水庫(kù)的信息并且提高了監(jiān)控系統(tǒng)的擴(kuò)展性。
2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)備
該水庫(kù)計(jì)算機(jī)監(jiān)控、保護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下(見圖1)。
水庫(kù)計(jì)算機(jī)監(jiān)控、保護(hù)系統(tǒng)由壩上閘門監(jiān)控、電站監(jiān)控以及廠長(zhǎng)辦公室監(jiān)控3個(gè)部分組成，每個(gè)部分由交換機(jī)連接成網(wǎng)絡(luò)，交換機(jī)之間通過光纜相連。壩上閘門監(jiān)控交換機(jī)連接引水洞閘門現(xiàn)地控制單元串口服務(wù)器、壩區(qū)及引水現(xiàn)地控制單元串口服務(wù)器和壩上閘門監(jiān)控通訊工作站。電站監(jiān)控交換機(jī)連接機(jī)組現(xiàn)地控制單元串口服務(wù)器、機(jī)組保護(hù)現(xiàn)地控制單元串口服務(wù)器、公用現(xiàn)地控制單元串口服務(wù)器、線路廠變現(xiàn)地控制單元串口服務(wù)器、主變保護(hù)現(xiàn)地控制單元串口服務(wù)器、電站監(jiān)控通訊工作站和監(jiān)控計(jì)算機(jī)等設(shè)備。廠長(zhǎng)辦公室監(jiān)控交換機(jī)連接廠長(zhǎng)辦公室監(jiān)控計(jì)算機(jī)。
3.串口服務(wù)器
3.1串口通訊
監(jiān)控系統(tǒng)的串口通信是指計(jì)算機(jī)和監(jiān)控設(shè)備(如PLC、電參數(shù)儀、GPS、開度儀等)之間通過數(shù)據(jù)信號(hào)線，連接計(jì)算機(jī)的串口和監(jiān)控設(shè)備的通訊口，并按某種規(guī)約進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。
計(jì)算機(jī)的1個(gè)串口可以與多個(gè)監(jiān)控設(shè)備相連，通過編寫通訊程序與設(shè)備經(jīng)行逐個(gè)通訊。如果1個(gè)串口連接的設(shè)備太多，每個(gè)設(shè)備通訊時(shí)間間隔就會(huì)很長(zhǎng)，影響監(jiān)控的實(shí)時(shí)性。
由于監(jiān)控系統(tǒng)中要通訊的設(shè)備較多，而計(jì)算機(jī)自帶的串口很少，不能滿足通訊要求，因此一般通過增加通訊串口擴(kuò)展卡來增加計(jì)算機(jī)串口的數(shù)量。
3.2 MOXA(摩莎)串口服務(wù)器
MOXA(摩莎)是一家工控產(chǎn)品制造公司，主要生產(chǎn)信息聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，提供客戶各種串口通信解決方案、串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)解決方案及工業(yè)以太網(wǎng)解決方案。由于其設(shè)備的穩(wěn)定性高、功能強(qiáng)大、性能卓越，使得MOXA在工控行業(yè)具有很高的知名度。
串口服務(wù)器是串口信號(hào)到TCP/IP網(wǎng)絡(luò)信號(hào)之間完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的通訊接口轉(zhuǎn)換器，提供終端串口與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。串口服務(wù)器具有現(xiàn)場(chǎng)布線簡(jiǎn)單、通訊距離長(zhǎng)、數(shù)據(jù)量大、使用靈活等眾多優(yōu)點(diǎn)，在工控領(lǐng)域已經(jīng)越來越普及。
串口服務(wù)器使用時(shí)大多是利用虛擬串口軟件將串口服務(wù)器上終端串口映射成本地計(jì)算機(jī)的串口，從而達(dá)到串口擴(kuò)展的目的。而MOXA公司的串口服務(wù)器還提供了/TCPSERVER0模式，在此模式下，無需將終端串口映射成本機(jī)串口，只需調(diào)用相關(guān)函數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)串口的控制。使用這種方式，能簡(jiǎn)化監(jiān)控計(jì)算機(jī)的設(shè)置，使程序設(shè)計(jì)更加靈活。
由于水庫(kù)的串口服務(wù)器使用的是/TCPSERVER0模式，通訊工作站無需經(jīng)行串口映射，這使得當(dāng)工作站操作系統(tǒng)崩潰，重新安裝操作系統(tǒng)時(shí)減少了配置映射串口的麻煩。
3.3串口服務(wù)器連接的設(shè)備
水庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)采用了MOXA公司的串口服務(wù)器，在閘門監(jiān)控和電站監(jiān)控中，用以連接現(xiàn)地控制單元中的監(jiān)控設(shè)備與交換機(jī)。
壩上閘門監(jiān)控的現(xiàn)地控制單元由引水洞閘門現(xiàn)地控制單元、壩區(qū)及引水現(xiàn)地控制單元組成。壩區(qū)及引水現(xiàn)地控制單元串口服務(wù)器連接壩區(qū)PLC、觸摸屏、電參數(shù)表、GPS同步時(shí)鐘以及泄洪道閘門的3臺(tái)開度儀。引水洞閘門現(xiàn)地控制單元串口服務(wù)器連接觸摸顯示屏、PLC、電流、電壓表、引水洞閘門開度儀。
1號(hào)、2號(hào)機(jī)組現(xiàn)地控制單元串口服務(wù)器連接PLC、彩色觸摸顯示屏、多功能電參數(shù)儀、轉(zhuǎn)速信號(hào)器、溫度巡檢儀、調(diào)速器PLC、勵(lì)磁PLC等設(shè)備。1號(hào)、2號(hào)發(fā)電機(jī)保護(hù)現(xiàn)地控制單元串口服務(wù)器連接發(fā)電機(jī)保護(hù)。線路廠變保護(hù)現(xiàn)地控制單元串口服務(wù)器連接線路保護(hù)、廠變保護(hù)。主變保護(hù)現(xiàn)地控制單元串口服務(wù)器連接主變保護(hù)。公用現(xiàn)地控制單元串口服務(wù)器連接PLC、彩色觸摸顯示屏、多功能電度表、多功能電參數(shù)儀等設(shè)備。
4.通訊工作站
4.1工作原理
通訊工作站采用研祥1U機(jī)架式工控機(jī)，置于屏柜內(nèi)部(見圖2)。
通訊工作站運(yùn)行通訊服務(wù)程序，該程序?qū)崿F(xiàn)串口服務(wù)器連接的各設(shè)備與監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換。一方面，通訊服務(wù)程序通過IP地址識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中的串口服務(wù)器，打開串口服務(wù)器上的串口，根據(jù)串口上連接的設(shè)備采用相應(yīng)的通訊協(xié)議與連接的各種設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，并采集設(shè)備的遙測(cè)、遙信、保護(hù)告警等實(shí)時(shí)信息。另一方面，該程序等待網(wǎng)絡(luò)中的監(jiān)控計(jì)算機(jī)與之連接，當(dāng)收到監(jiān)控計(jì)算機(jī)提出的連接請(qǐng)求時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus/TCP協(xié)議與上位機(jī)監(jiān)控程序進(jìn)行通訊，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)監(jiān)控程序，同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)控程序需要下發(fā)到各工控設(shè)備的參數(shù)。
水庫(kù)壩上閘門監(jiān)控通訊工作站負(fù)責(zé)壩上各設(shè)備數(shù)據(jù)的采集，電站通訊工作站負(fù)責(zé)電站各設(shè)備數(shù)據(jù)的采集。
通訊服務(wù)程序通過開放不同的端口，可以同時(shí)與多臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。
4.2工作特點(diǎn)
由于設(shè)備通訊過程中，一個(gè)設(shè)備不能同時(shí)與多臺(tái)計(jì)算機(jī)通訊，所以當(dāng)系統(tǒng)中有多臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)需要共享數(shù)據(jù)時(shí)，通常的做法是以先啟動(dòng)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)作為主機(jī)，與設(shè)備進(jìn)行通訊，其它監(jiān)控計(jì)算機(jī)作為從機(jī)與主機(jī)進(jìn)行通訊、共享數(shù)據(jù)。主機(jī)關(guān)閉時(shí)，從機(jī)自動(dòng)切換為主機(jī)，與設(shè)備進(jìn)行通訊。在這種模式下，如果監(jiān)控計(jì)算機(jī)數(shù)量多于2臺(tái)時(shí)，切換過程比較復(fù)雜，容易發(fā)生錯(cuò)誤。
由于通訊工作站的使用，監(jiān)控系統(tǒng)中的各監(jiān)控計(jì)算機(jī)都單獨(dú)與通訊工作站進(jìn)行通訊，監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間相互獨(dú)立，沒有數(shù)據(jù)聯(lián)系，不再需要主從切換，各監(jiān)控計(jì)算機(jī)都可以當(dāng)作主機(jī)來使用，數(shù)據(jù)采集更加順暢。
5.監(jiān)控計(jì)算機(jī)
監(jiān)控計(jì)算機(jī)選用西門子547C工控機(jī)，安裝IFIX415中文版組態(tài)軟件，使用組態(tài)軟件的MBE驅(qū)動(dòng)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)接入水庫(kù)局域網(wǎng)中，MBE驅(qū)動(dòng)通過網(wǎng)絡(luò)采用Modbus/TCP協(xié)議與通訊工作站的通訊服務(wù)軟件進(jìn)行通訊，采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。
1)電站監(jiān)控計(jì)算機(jī)。電站有2臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)同時(shí)與電站通訊工作站上的通訊服務(wù)程序通訊，互為冗余。
2)廠長(zhǎng)辦公室監(jiān)控。廠長(zhǎng)辦公室監(jiān)控計(jì)算機(jī)安裝有監(jiān)控程序，可同時(shí)與電站監(jiān)控通訊工作站和壩上閘門監(jiān)控通訊工作站進(jìn)行通訊。
監(jiān)視畫面內(nèi)容在電站監(jiān)控程序的基礎(chǔ)上增加了泄洪閘和引水閘的監(jiān)控信息;同時(shí)從電站安全考慮，取消了控制功能。
6.結(jié)語
綜上所述，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)先進(jìn)、實(shí)用可靠、為我國(guó)水庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化智能化管理積累了經(jīng)驗(yàn)，具有引導(dǎo)性、示范性，有普遍推廣應(yīng)用的價(jià)值。為了保證系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和升級(jí)換代，建議對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)充完善、加強(qiáng)系統(tǒng)維護(hù)和落實(shí)，進(jìn)而保證水庫(kù)的健康運(yùn)行。
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