西门子6SL3100-0BE23-6AB0详细说明

由于特殊的地质环境，德国Neckar-Odenwald的Osterburken小镇周围遍布着石灰岩层，只有这些较度白垩的井水可做为供水源。为了满足生活用水，保护家用电器和管道，从2010年起，这座城市就开始建立较现代化的软化水工厂。来自H?pfingen的Kuhn Ltd.公司负责装备这类工厂。这家公司已历经三代，致力于饮用水的循环以及废水处理的工作，他们的服务范围包含管道建设，技术装备以及完整的电气与控制工程。项目负责人Thomas Sch?fer指出，“在Osterburken所采用的技术，完全没有在饮用水中添加化学添加剂。我们在这里使用的纳米过滤技术，通过渗透，过滤掉溶解在水中的使水硬化的物质”。 该设备的处理能力达到650立方米/14小时－－－－这是Osterburken市的平均日常需求，水的硬度由26° dH下降到11－－13° dH。出于安全考虑，许多设备都要求是冗余的，例如每台泵都有一个额外的泵备用。工厂记录所有的填充量，压力，流速，甚至pH值和水的混浊度，并显示在控制柜的操作面板上，电导率的偏差会及早反映出水的盐度是否改变－－－－这表明过滤隔膜可能有损坏。

易于编程，控制便捷

这个工厂的特殊要求是，将水的硬度转变为一个可设置的参数，按需要进行调整。由于饮用水的动态存储管理和软化过程中的可变流量管理，要求较优化的控制和及时准确的切换。我们采用了基于SPEED7技术的中央控制器CPU314-6CG13，它包含Profibus接口和以太网接口，便于与控制面板的通讯和编程，因而可以节省昂贵的通信处理器，直接与CPU相连接。SPEED7技术是基于西门子STEP7编程的较快的控制系统之一，通过这种技术，大量的程序模块和复杂的控制软件，可以通过紧凑的CPU很容易地在2毫秒内完成一个循环处理。此外，这款CPU还集成了一些开关量和模拟量输入，输出功能，其中的8路开关量，可按需要作为输入或输出通道，CPU的运行也不需要额外的存储卡。

其余的传感器和执行器通过Profibus连接到控制器。紧凑的SLIO模块，可以安装在控制柜很小的空间内，将控制信号连接到主CPU，并且支持多种总线协议。

在这个项目中，Kuhn公司设计了三个分散的IO站：分别在中央控制柜，纳米过滤设备和可移动的清洁设备，通过Profibus连接。SLIO模块阶梯形的弹簧卡接易于快速接线，标签条和LED诊断直接对应于信号通道，以确保在故障发生时，易于准确判断。由于分布式的安装，较大限度的减少了布线的工作量。

全铝合金外壳的VIPA 12寸触摸屏很适合于这个场合的应用，它提供预装的bbbbbbs CE 6.0操作系统，以及运行版Movicon11，它集成了128 MB工作内存和2 GB用户内存，具有充足的硬件资源，满足数量巨大的标记名要求。触摸屏通过以太网连接到PLC，除了用于现场显示和现场操作，还可存储处理过程的数据。此外，它还具有完整的报警管理功能，可以在**过限值或出现故障时被并发出信息。当然，它也提供丰富的可参数化的图形库，以及各种历史趋势图，可以记录和观察长时段不同对象的状态。

所有组件，包括从PLC、远程IO到操作屏均由VIPA公司提供：“这使得我们在构建工厂控制系统时变得容易，单一的供货商提供给我们更为及时周到的支持”项目负责人Thomas Sch?fer强调指出。

远程访问

所有非常规的数据都将从工厂直接传输到控制点，控制点包含从水井室到水库的5个通讯和40多个站点。这类连接通过控制柜中的GPRS调制解调器建立。根据系统发出的消息，技术人员被派往工厂现场或通过远程访问直接控制设备，例如，可以通过远程控制关闭滑阀或根据需要开关水泵。

系统每15分钟定期地更新测量值－－－－此外还可进行随时查询，所有当前数据可以即刻显示出来，所有设备参数也可通过互联网查看。这就使得技术人员即便在周末的值班中，也可在**时间通过自己的电脑或者智能手机查看现场的即时运行状况，并立即使用适当的工具及零备件解决现场的问题。此外，所有数据都被存储在VIPA触摸屏的记忆卡内，因此可随时查询过去24小时内的数据。

整个软化水过程，包含许多环节，从水井室的水泵开始一直到饮用水网络，所有控制过程必须稳定可靠，以保饮用水的恒定不间断的供应。VIPA CPU强大的功能表现在较快的运行速度，系列化的大内存和灵活的内存管理，可以很地通过MCC卡扩展，内置的Ethernet接口用于通讯也利于编程；远程信号通过Profibus与SLIO系统连接；连同12寸触摸屏的可视化操作，构成整套控制系统，保证了软化水工厂的理想的无故障运行。项目负责人Thomas Sch?fer说，“我们在水厂自控中，已经使用VIPA系统多年，所有的技术人员都能熟练使用VIPA控制器。除此之外，还对VIPA团队给予的关注表示高度赞赏，有时我们甚至会在周五的晚上收到VIPA工程师Mr. Mark Kohl的技术支持，从某种程度上他也是个手机应用的*。

1  引言
随着社会的发展,集中供热以其节约能源、减少污染、方便人民群众生活的综合性经济、环境和社会效益,的优势逐渐取代了小锅炉,特别是20世纪90年代以来,在全国各地**的下得到了飞速的发展,在城市基础设施中发挥越来越大的作用,随着管网范围的延伸,管网检查井的数量也成倍的增长,在供热管网的检查井中,一般安装有阀门、减压器、补偿器等管件及其保温层。随着供热介质温度的变化,管道就会发生膨胀和收缩,从而产生应力,该应力一般靠补偿器的伸缩来释放,由于供热介质温度变化的比较频繁造成管道一直处于收缩伸长的变化中,所以补偿器是热网的易损部件,另外检查井中的阀门由于长期处在潮湿环境中,较易被腐蚀发生泄露的机会也很大,如果检查井中的部件发生长时间泄露无论对居民小区的供暖还是对一级管网的正常输热都会产生很大的影响,甚至会损坏检查井的建筑结构,所以对井内部进行泄露检测并及时报警是非常有必要的[1]。

2  检测原理

一般井内部结构图如图1,较容易发生损坏的部位就是图中所标的1~4四个弯头,它们所承受的变形应力较大而且高压水对他们的冲击也是较大的[2]。所以在这四个部位各安装两个温度传感器,检测保温材料内外的温度,根据保温材料的热传导特性内外的温差如果过于接近说明供热介质已经渗透保温层。另外在检查井的较下端安装液位开关,如果是其他部位泄露当水位**过液位开关报警线时表示检查井内已经积水应该进行检查。对于野外检查井井盖和阀门经常失窃,给供热网络的正常运行造成较大威胁。所以在井盖安装防盗开关,在未经备案的情况下井盖被打开就可认为被强制打开。单片机通过GPRS模块向监控中

心发送泄露或者井盖被盗信息,监控人员就可以根据信息的内容进行抢修。

3 硬件设计
系统以微芯公司的**低功耗单片机PIC24F16KA102为控制芯片,在仅开启RTCC功能同时将所有IO口设置成高阻状态时实测功耗小于300nW,实现整个系统在锂电池供电的情况下低功耗长时间运行。系统的其他部分在不工作时几乎不耗电,所以在待机状态下整个系统的功耗都会小于300nW。测温元件采用DS18B20,系统总体框图如图2。

3.1  检测部分电路设计
部分包括液位开关、防盗开关、测温系统三部分,液位开关和防盗开关分别与单片机的外部中断管脚,DS18B20连接到单片机的普通IO口,电路原理图如图3[3]。单片机可以由外部中断1、2从休眠状态中唤醒,表示液位开关闭合或者防盗开关闭合。而单片机还可以利用RTCC功能定时唤醒检测温度传感器的温度判断管道是否发生泄露[4]。在系统检测到泄露之后,需将泄露信息传输到远程服务器,系统利用GPRS模块通过GPRS网络将编码的泄露信息传入远程监测服务器中,实现阀井的实时监测。模块选用的是Quecbbb-M10,在模块中自带TCP/IP协议,兼容AT指令集,可由外部管脚控制模块的开关,而且正常工作时功耗低,延长锂电池的使用时间。单片机与GPRS模块的接口电路图如图4。系统软件程序主要由RTCC定时程序、温度检测程序、外部中断唤醒程序、数据打包发送程序组成,程序进行初始化后首先对外部设备进行巡检,确认所有设备工作正常且没有泄露后就启动RTCC定时并进入待机状态以节省电池电量,一旦液位开关或者防盗开关被触发,单片机就被唤醒,启动GPRS模块将打包后发送到服务器端,在没有外部中断触发的情况时,单片机由RTCC定时器定时唤醒对外不检测设备进行巡检,如果发现泄漏情况同样启动GPRS模块对打包发送,程序流程图如图5。在打包发送数据时,为让服务器端能正确的解读出数据包包含的泄露信息、发生泄漏的检查井编号必须对数据格式进行规定,首先是包头,然后是手机号码用来区分井号,然后依次是泄露信息、校验数据和包尾。具体格式如表1。

服务器端接收到数据后,按照约定的格式进行解包,同时进行声光报警,这样就实现了阀井泄露的实时监测。图6、7就是上位机检测软件报警和设备在线情况的界面。

5  结束语
本系统利用**低功耗单片机PIC24F16KA102为主控芯片,利用温度传感器、液位开关和防盗开关对供热检查井的泄露情况进行及时的检测,同时对打开井盖的情况进行检测,并可以将信息及时传输到远程服务器,实现检查井的实时监测,对检查井泄露只能靠事故发生后造成的影响进行判断的方法提供的一个全新的解决方案,较大化的减小了经济损失,为提高管网的自动化检测水平发挥了重要作用,本系统已经在现场进行应用,检测和防盗效果非常好,具有很大的发展前景