專利名稱：基于modibus總線協(xié)議的小型水電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及遠程監(jiān)控的技術領域，具體是一種基于M0DIBUS總線協(xié)議的小型水電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術：
隨著我國水電站“無人值守”要求的不斷深入以及自動監(jiān)控技術的不斷發(fā)展，水電站多功能控制系統(tǒng)越來越被重視。控制系統(tǒng)的自動化程度和網(wǎng)絡化程度直接影響到水電站平時業(yè)務運作的安全性和高效性。傳統(tǒng)的手動控制方式采用繼電器控制回路對相應設備進行操作，其功能單一、可擴展性較差，電路結構復雜，導致電氣設備維護和更新的難度較大。 可編程控制器(PLC)采用一類可編程的存儲器，存儲內(nèi)嵌程序，執(zhí)行相應的邏輯運算、順序控制等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬輸出信號控制電氣設備。系統(tǒng)結構大大簡化，設計和調(diào)試工作量較小。用戶可根據(jù)實際需求，通過編制PLC程序，隨時擴展系統(tǒng)功能或將功能重新配置，維護方便，容易改造，實用性很強。因此PLC作為小型水電站自動化設備的控制核心代替?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)有的自動化控制系統(tǒng)由于功能不同，采用不同的PLC設備分別進行控制。其設備數(shù)量過多，硬件成本過高，使用效率偏低，通用性不強。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術問題是提供一種結構簡單、成本較低的基于M0DIBUS總線協(xié)議的小型水電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)。為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種基于M0DIBUS總線協(xié)議的小型水電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)，包括多個現(xiàn)場控制單元，各控制單元通過M0DIBUS總線與遠方集中控制中心的用于實時監(jiān)測、控制各現(xiàn)場控制單元的業(yè)務運行狀態(tài)的工控計算機相連。所述現(xiàn)場控制單元包括通過M0DIBUS總線與所述工控計算機相連的輸入模塊、 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有現(xiàn)場控制屏。所述多個現(xiàn)場控制單元由同一組 PLC構成。進一步，所述執(zhí)行模塊與小型水電站中的水輪機進水閥、液壓啟閉機閘門和輔機的控制輸入端相連。本實用新型的上述技術方案相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點(1)本實用新型將水輪機控制功能、閘門啟閉控制功能和輔機控制等多種功能集成在同一組PLC設備上，按內(nèi)嵌程序，同時自動處理水電站自動控制的多個業(yè)務需求，有效簡化了系統(tǒng)結構、縮減設備規(guī)模和成本，增強了 PLC設備的通用性和可靠性。( 本實用新型針對小型水電站不同的業(yè)務需求，設計了一種功能綜合化的網(wǎng)絡型運行測量控制設備。該設備以可編程控制器(PLC)為控制核心，通過內(nèi)嵌程序，在水電站現(xiàn)場實現(xiàn)相應的自動化控制，如水輪機進水閥控制、液壓啟閉機閘門控制、輔機控制等。同時，該設備還可以通過M0DIBUS總線協(xié)議，與遠方集中控制中心進行通訊鏈接，由控制中心的工控計算機同時監(jiān)測、控制多個水電站現(xiàn)場控制單元的業(yè)務運行狀態(tài)，實現(xiàn)網(wǎng)絡化遠程控制?！艾F(xiàn)場自動”和“遠程控制”操作權的切換可由電氣控制屏面上的切換開關選擇，也可由遠程集中控制中心的工控計算機指令選擇。當選定一種控制方式時，另一種方式閉鎖，兩種方式可以無擾切換。此組合控制的結構能夠更加可靠地控制水電站水利設備的自動化運作。(3)本實用新型的主要特點①通用性強，適用場合廣?？蓾M足小型水電站的多種水利業(yè)務需求。如水輪機進水閥控制、液壓啟閉機閘門控制、輔機控制等。PLC設備還保留有多個備用的輸入輸出接口，用戶可根據(jù)水電站業(yè)務的實際情況，隨時擴展系統(tǒng)功能或將功能重新配置，增強系統(tǒng)的控制功能。②控制方式靈活。用戶既可以在水電站現(xiàn)場點擊相應的PLC控制設備按鈕，操作水利設備運行，也可以通過通訊網(wǎng)絡協(xié)議在遠程集中控制中心調(diào)用控制指令，同時遠程監(jiān)控多個水電站現(xiàn)場單元的設備運轉狀態(tài)。特別適合于多個水電站統(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，用戶可直接編程，對內(nèi)嵌程序進行修改或擴展，無需變更硬件設備。 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。設備整體的安全性和可靠性較高。

為了使本實用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實施例并結合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中圖1為實施例中的基于M0DIBUS總線協(xié)議的小型水電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)的結構框圖；圖2為本實用新型的PLC配置電路圖；圖3為本實用新型的PLC傳感器信號輸入模塊電路；圖4為本實用新型的油泵電動機控制電路。
具體實施方式
見圖1，本實施例的基于M0DIBUS總線協(xié)議的小型水電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)，包括多個現(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 總線與遠方集中控制中心的用于實時監(jiān)測、控制各現(xiàn)場控制單元的業(yè)務運行狀態(tài)的工控計算機相連。所述現(xiàn)場控制單元包括通過M0DIBUS總線與所述工控計算機相連的輸入模塊、 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有現(xiàn)場控制屏。所述多個現(xiàn)場控制單元由同一組 PLC設備構成。遠程工控計算機可以通過M0DIBUS現(xiàn)場總線協(xié)議同時監(jiān)測、控制多個現(xiàn)場控制單元的閘門運行狀態(tài)。現(xiàn)場控制屏可以實時監(jiān)視PLC設備的輸入信號和輸出信號狀態(tài)，用戶點擊屏上按鈕，啟動相應的控制功能。如圖2，PLC設備組由通訊模塊、CPU模塊、傳感器信號輸入模塊、控制信號輸入模塊和控制信號輸出模塊組成。通訊模塊用于將現(xiàn)場控制單元和遠程工控計算機建立起通訊鏈接，滿足工控計算機對PLC的遠程控制需求。CPU模塊是PLC的控制中樞，接收并存儲用戶數(shù)據(jù)和命令，按內(nèi)嵌程序執(zhí)行邏輯運算或控制任務，并將結果傳送到相應的輸出設備。16 位的間閥傳感器信號和功能控制信號被送入輸入模塊，經(jīng)CPU模塊處理后，輸出至功能執(zhí)行單元，驅動相應設備的運行。本實用新型的PLC傳感器信號輸入模塊電路如圖3所示。16位的傳感器數(shù)據(jù)由絕對式軸角編碼器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)，實時控制執(zhí)行模塊的電動機狀態(tài)，如電動機轉速、方向等參數(shù)，并不斷更新傳感器數(shù)據(jù)。PLC控制信號輸入輸出模塊電路采用SM321作為輸入設備，外接一個轉換開關、多個控制按鈕、輔機控制輸入模塊和備用輸入模塊。轉換開關用于從“現(xiàn)場自動控制”和“遠程控制”按鍵中選擇相應的工作方式，選擇一種方式時，另一方式自動閉鎖。隨后再對閘閥進行操作，按壓相應的閘閥上升按鈕、閘閥下降按鈕或閘閥停止按鈕，發(fā)出指令信號。當系統(tǒng)產(chǎn)生故障時，可由故障復位按鈕重置系統(tǒng)狀態(tài)。輔機控制功能由相應的輔機控制按鈕來啟動。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，以擴展系統(tǒng)的輸入功能。傳感器輸入信號和控制輸入信號經(jīng)PLC內(nèi)嵌程序處理后，輸出至數(shù)字量輸出模塊 SM322。輸出信號既可以顯示相應閘閥的上升、下降、停止和油泵故障狀態(tài)，又可以對溢流閥、閘閥上升電磁閥、閘閥下降電磁閥和電動機啟動接觸器線圈通電，以啟動相應的系統(tǒng)功能。當系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重問題時，還能自動報警提醒用戶注意，以采取相應的措施。輔機輸出信號則用以控制滲漏排水、風機運行、空氣壓縮等功能。當PLC檢測到油泵工作油壓降低時， 自動對工作油泵繼電器線圈通電，啟動輸入設備的工作油泵功能；當PLC檢測到油泵工作油壓過低時，對備用油泵繼電器線圈通電，打開輸入設備的備用油泵功能；當PLC檢測到油泵工作油壓過高時，打開排油閥，維持電機的油壓平衡；若油泵的工作油壓正常時，則無需對工作油泵和備用油泵繼電器線圈通電，自動停用上述功能。備用輸出接口可實現(xiàn)系統(tǒng)的擴展輸出功能。油泵電動機控制電路如圖4所示。油泵電機回路采用三相電源供電，自動空氣開關通斷電源。電動機啟動接觸器觸頭根據(jù)其接觸器線圈的通電與否，開啟或停止油泵電機的運轉。熱繼電器熱元件與油泵電機相連，使得電動機在高溫工作環(huán)境下，自動停機保護。 油泵電動機的油泵切換、電機運轉方向、電機速度調(diào)節(jié)等控制信號均由PLC輸出模塊提供。
權利要求1.一種基于M0DIBUS總線協(xié)議的小型水電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于包括多個現(xiàn)場控制單元，各控制單元通過M0DIBUS總線與遠方集中控制中心的用于實時監(jiān)測、控制各現(xiàn)場控制單元的業(yè)務運行狀態(tài)的工控計算機相連；所述現(xiàn)場控制單元包括通過M0DIBUS總線與所述工控計算機相連的輸入模塊、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有現(xiàn)場控制屏。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于M0DIBUS總線協(xié)議的小型水電站遠程監(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進水閥、液壓啟閉機閘門和輔機的控制輸入端相連。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的基于M0DIBUS總線協(xié)議的小型水電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述多個現(xiàn)場控制單元由同一組PLC構成。
專利摘要本實用新型涉及一種基于MODIBUS總線協(xié)議的小型水電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)，包括多個現(xiàn)場控制單元，各控制單元通過MODIBUS總線與遠方集中控制中心的用于實時監(jiān)測、控制各現(xiàn)場控制單元的業(yè)務運行狀態(tài)的工控計算機相連?，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。本實用新型將水輪機控制功能、閘門啟閉控制功能和輔機控制等多種功能集成在同一組PLC設備上，按內(nèi)嵌程序，同時自動處理水電站自動控制的多個業(yè)務需求，有效簡化了系統(tǒng)結構、縮減設備規(guī)模和成本，增強了PLC設備的通用性和可靠性。
文檔編號G05B19/418GK202306269SQ201120364980
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權日2011年9月28日
發(fā)明者李臣明, 郭銳, 高強 申請人:李臣明, 郭銳, 高強