西门子6ES7223-1HF22-0XA8现货充足
1 前言
在各种工厂、发电厂，自来水厂，农业灌溉等等领域，水源井之间的距离相距甚远，并且各水源井离配电值班室距离也很远，从而造成起停各井的深水泵、和监测压力、流量这些数据都非常困难。随着水源井管网分布越来越大，水源井的可靠运行已经成为工厂正常运转的前提条件之一。通过运用新成熟的技术，对供水管网进行数字化监控，便于相关部门的管理。
基于“集中管理，分散控制”的模式，数字化、信息化环保工程的思想，并着眼于“管控一体化”信息系统的建设，建立一个先进、可靠、高效、安全且便于扩充的集过程控制、监视、和计算机控制于一体并且具备良好开放性的监控系统，完成对整个工艺过程及全部生产设备的监测与自动控制，实现“现场无人值守，少人值班，智能调节”的目标。
对于发电厂，自来水厂，由于有着较强的技术能力，我们建议用户采用自建模式。对于农业灌溉，农村自来水厂，我们建议用户采用租用模式。
2 系统结构
厂内水源井监控
监控中心能够通过网络或者通信手段，对水源井进行远程的数据监测和控制，视频监控可以作为一个可选项。
水源井控制器，网络环境，监控中心构成。实线框起来的是监控中心。其余的 就是水源井控制器。
Ø 基于物联网的水源井监控
这样的应用方案适合水源井分布广，单个客户无法维护的应用。
我们提供系统租用的商业模式。
租用模式由腾控科技建设监控中心，提供给用户相应的登录界面和用户名密码，用户缴纳开通费用和年使用费用即可使用。用户只要能使用浏览器上网和简单的培训即可。
3 控制中心
Ø 自建控制中心
我们控制中心采用的是基于物联网的数据平台。
该平台是基于B/S架构的软件，采用大型数据库作为支撑平台，系统为三层结构，，包括数据库，中间层和WEB服务器。支持用户部署和租用两种运营方式。用户部署就是用户安装服务器，配置网络环境，安装数据库和软件，并负责系统的维护。
控制中心由一台或者多台服务器和2台或者多台监控计算机构成。考虑到监控点不是很多，如果是用户部署的话，仅设一台服务器和2台监控计算机。
监控服务器的工作是把数据通过网络把控制器的数据取回来，放到数据库服务器内。要求服务器支持腾控的TCBUS物联网协议。服务器上还要运行一个WEBSERVER，供外部计算机展示数据。监控中心的计算机就是通过浏览器模式进行数据监视和视频监控的。
用户在异地，通过VPN协议接入到监控中心，就可以通过浏览器访问每个井房的数据甚至视频。这样大大方便了用户的使用。
软件架构采用三层结构，包括数据库，中间层和WEB服务器，支持GIS系统。有关软件的需求和性能，在实际应用过程中再讨论。
Ø 用户租用模式
如果用户采用租用方式，我们的监控中心是建立在IDC机房的，机房提供多个网络的接口，并且提供供电，消防，备用电源，网络设施等多种服务。
我们能够比客户的监控中心提供更好的网络服务和更好的设备。我们的带宽是可以按照需要随时增加的，我们采用的服务器是服务器阵列，存储设备是磁盘阵列。能够大限度给用户提供更好的服务。
用户费用包括开通费，我们要为每个客户和物联网终端配置信息，提供技术服务。
用户使用费，按照年收取，主要包括GPRS的年使用费，网络设备的费用，租用IDC的费用以及我们人员费用，管理费用等。
同样的平台不但可以用于水源井监控，也可以监控管网，水处理设施等，腾控科技提供相应的软件和硬件设备。
4 网络
作为中心好是有一条专线接入，能够提供至少1个静态的IP地址,好是多个静态IP，以便给服务器分配地址。作为每个控制点，至少要提供1条宽带的接入，考虑到视频监控，其带宽好不低于512K。如果不部署视频监控，采用GPRS或者CDMA的通信方式也是可行的。
由于采用的TCBUS协议，网络设备的安装和配置就简化很多。
采用光纤和以太网方式，几乎不需要对网络设备进行太多的配置。每台控制器需要配置IP地址，网关地址，子网掩码和中心服务器的地址，以及一些TCBUS的协议参数。
由于采用了腾控物联网协议，整个系统的特别是终端端的网络配置变得非常简单。用户只要能提供一个可以接入互联网的环境就可以了。接入互联网的方式可以是GPRS,3G和ADSL。如果不考虑视频监控，可以采用GPRS甚至为古老的拨号上网方式。
腾控物联网协议可以接入的终端数量为32位地址，每台设备都是要鉴权的，非物联网终端不能连接到服务器上，网络安全性能够得到充分的保证。
对于GPRS和CDMA的设备，我们建议用户购买GPRS或者CDMA的路由器，配置起来和ADSL类似。
5 物联网控制器
对于水源井监控腾控科技有一款WLT-960物联网控制器可选。
WLT-960是腾控科技集多年研发经验，在腾控T9系列可编程控制器的基础之上研发的一款集成了电力信号采集，电力保护和可编程控制于一体的产品。它非常适合于具有电机，电力控制方面的控制和保护，可以用于水源井监控，泵站监控，功率因数补偿，节能控制等等应用。
它提供如下输入输出信号：
交流输入三相电压（0～400v），电流（0～5A/80A)，频率20～65Hz，计算电压有效值，电流有效值，有功功率，无功功率，功率因数，谐波等数据，可供PLC编程使用。
8路开关量输入，6路继电器输出（3A/250V)
3路直流模拟量输入（0～5V/0～20mA)
1路模拟量输出（0～5v(10V)/0～20mA )
1个10M/100M网络接口
2个RS232/RS485串口
工作温度-40～85 摄氏度
它具有如下的功能特点：
T9系列其他产品的各种功能块，如串口自由口编程，MODBUS功能块，ENET功能块，文件操作，PID，模糊控制功能块，编程环境符合IEC61131-3标准。
支持MODBUS,MODBUSTCP/IP协议，腾控TCBUS协议，腾控ENET协议等。
提供三段过流保护，过电压保护，欠电压保护，缺相/负序电流保护，逆相序/负序电压保护，反时限过流保护，电动机启动/堵转保护，零序保护。
对于水源井一般要采集的信号包括
电动机的三相电压和电流，功率，功率因数，用电量等。T－960可以直接接电机的电压到WLT-960的电压输入端子，电流信号经过互感器后直接接WLT-960的电流输入端子即可。省去了变送器等中间环节，降低了成本，降低了接线复杂度。
水源井一般还要采集井的水位，出水口的压力，水的流量。水位信息一般采用投入式水位变送器，其实就是一个压力变送器，把水位信息转换成4～20mA，接入WLT-960的一路模拟量输入，出水口压力经压力变送器，转换成4～20mA，接WLT-960的一路模拟量输入。水的流量如果输出为4～20mA信号可以接接WLT-960的一路模拟量输入；如果采用脉冲信号，可以接WLT-960的一路开关量输入，需要编程进行计数；如果是电磁流量计等智能流量计，可以通过WLT-960的串口通信实现，WLT-960提供非常强大的自由口编程功能块和MODBUS功能块，可以方便实现电磁流量计的协议。
一个水源井可能还需要知道接触器的位置和阀的位置。WLT-960提供了8路的开关量输入，一共需要2～4个开关量输入，剩余的留作备用。
水源井还需要远程的启停，腾控WLT-960提供了6路继电器输出，可以控制电机的启停，阀的开关。其可以非常方便的编程，实现电动机不同的启动和停止方式。WLT-960还提供了1路模拟量输出，可以控制变频器，实现远程调节或者本地调节控制。
6 安装
对于水源井控制，需求比较确定，用户可以自己定制基于T-960控制器为核心的控制箱，也可以委托腾控科技制作控制箱。
对于用户来说，提供给用户的是控制箱，它包括强电和弱电部分，分在箱子正反两侧。正面为弱电，反面为强电。强电部分和用户的电动机功率有关。
强电部分示意图
弱电部分供电示意图
内部接线示意图
开关量输入接线示意
直流模拟量接线示意（2线制）
对于用户而言，在现场需要接的线包括交流进线，交流出线，传感器的接线和通信线。
随着计算机网络及现场总线技术技术的发展，PLC及触摸屏在工业控制和楼宇自动化中的应用非常广泛。现场总线技术及其总线接口模块、智能仪表、控制设备等组成的综合监控系统已成为当前自动化技术发展的一个重要方向。在工控领域，PLC与触摸屏结合运用的技术已越来越为工程人员所了解与熟悉,由于触摸屏具有操作简便、界面美观直接、编程容易掌握、与PLC通讯良好、抗干扰能力强等等特点 ,它正迅速地渗入各个行业,发挥自动化控制的大优势。
PROFIBUS提供了两种通信协议：DP、FMS，富士UG系列的触摸屏支持其中的DP协议。富士触摸屏具有很强的兼容性，可以与近30个厂家的PLC通讯，兼容性极强，还可以和计算机通讯（开放式通讯协议）。
通过接口单元、UG031-P通讯卡及总线的连接，UG触摸屏可以作为从站和作为主站的西门子的S7-300或S7-400系列的PLC通信（网络结构示意见图一）。
图一：PROFIBUS-DP的网络结构
1 系统结构
本文的背景为某食品加工厂某控制系统包括原料混料线、薯饼生产线、包装线等构成的主线系统，以及蒸汽锅炉系统、水系统、压缩空气系统、照明系统、通风系统和消防系统等构成的辅助系统。各系统位置比较分散，控制点较多，其中包括140多台电机，29台变频器，15个温湿度控制点。
由于系统比较复杂，控制采取分层控制策略，由两台上位机完成工厂级的监控及数据管理功能，触摸屏和PLC完成现场级的控制，采用Profibus现场总线的方式进行通讯。上位机留有接口，可连接局域网和广域网，以利于的开发。其中数字输入点有900多点，数字输出有400多点，模拟量输入20个。
下面以这个食品加工厂为例，组成一个集中控制系统，系统结构如图二所示。
其中PLC(1)用于主系统，PLC(2)用于辅助系统。辅助系统的组成与主系统相似，图中省略了其构成。PLC选用S7-300系列的CPU315-2DP和S7-200系列的CPU226，PID模块为FM355C，通讯模块为CP342-5，扩展模块为IM153-1，I/O模块则使用到：数字输入模块选SM321、数字输出为SM322、模拟量输入为SM331。上位机选用西门子的工控机，它内置了PCI接口的CP5611卡用于与PLC通讯。
选用S7-300系列的CPU315-2DP是为了能进行扩展I/O模块以满足控制点数的要求，而用于扩展的IM模块的选型则是依据IM模块与中央控制器CPU315-2DP的距离。
由于所有的I/O模块均放在同一组控制柜里，选用了通讯距离在5米范围内的IM153-1[1]。当IM模块与中央控制器的距离较远时可以选择通讯范围为100米的型号的IM模块。
触摸屏选用富士UG420H-SC1，10.4英寸、128色STN显示，基于bbbbbbs95/98/NT操作平台下的专用组态软件，界面友好直观，易学易用，大大节省产品开发周期。编程软件中备有大量的图形库（开关、灯、棒图等）供选择，还可以根据用户需求编辑所需要的工艺图形，能够转换BMP文件和AUTOCAD中的DXF文件
图二： 控系统硬件组成及结构
2 触摸屏的通讯设置及界面设计
在硬件连接完成后，需要在组态软件中指定系统的硬件配置以及设置一些通信参数等等。制定所使用的触摸屏的类型，这里选择默认的UG420（640*48010.4inches）；下一步指定和触摸屏通讯的PLC类型及型号，这里选SIEMENSS7-PROFIBUS；后一步指定系统参数，是读区和写区，读区是指作为从PLC读入数据的缓冲，如果系统中需要显示趋势图的话那么读区应当设大一些，一般设1000个字就可以了，写区用于显示存储屏幕的状态、页码、画面层叠以及报警状态等等。在对话框No.ofWord Setting forI/O中需要指出触摸屏的MPI地址，以及传输的帧长度，MPI地址在PLC的硬件组态里已经定义好了，两者必须一致，否则会出现通信错误。帧长度为32字节；奇偶校验为奇校验；数据长度8位；停止位1位；通讯方式RS-485。
UG00S-CW具有非常完善而强大的组态功能，在开发组态的时候，开发者可以不去考虑通信协议的问题，因为富士公司已经将这一切的技术细节都屏蔽掉了，它具有智能的寻址功能。在建立一个按钮时，这个按钮在PLC中的预先有定义（在西门子PLC中，无论是数字量还是模拟量的定义都是在DB块中）。假设这个按钮的地址是DB2.DBX2.0（它的含义是第2个DB块中第2个字节的第0位），触摸屏中按钮的地址应表示为DB2：2-0。我们可以看到，除了地址的书写方式有所不同以外，你几乎无需作其他的工作，你无需去定义变量、更无需去理会通信的帧结构等等。
对于模拟量同样如此，只在模拟量中你需要指出模拟量所占的字节个数，其他的同数字量一样简单。
可以说，UG00S-CW在处理基本的模拟数字量的时候非常简单、方便，在处理一些较为复杂的情况时却遇到了意想不到的问题。在这个食品生产线的集中控制系统，其中就涉及到富士触摸屏和西门子PLC中的通信格式的兼容问题。
系统中有些PID控制的模拟量需要用趋势图来显示，UG00S-CW中显示趋势图并不复杂，点一下趋势图的图标，在弹出的对话框中选择趋势图的类型，选择每条曲线对应的地址即可。在联机调试时却总是出现comunicationerror（通信错误）信息，经过排查发现问题出在趋势图上，如果将趋势图从程序中去掉，则一切正常，后来我就尝试先将西门子PLC中的对应的模拟量数据读入触摸屏的缓冲（即内部存储区），将趋势图每条曲线的地址改为对应的内部地址。经过联机调试，发现不再出现comunicationerror信息，趋势图的曲线的显示却极不正常。经过观察，发现除了当模拟量的值为零时曲线显示正常，而为非零时曲线则指向无穷大。这个问题曾让笔者百思不得其解，后来终于想到有可能是西门子PLC和富士触摸屏在存储格式上可能会不兼容。原来富士触摸屏中趋势图中的模拟量一般都是双字（4字节），它从西门子PLC读取的顺序是将字读为高字，第二个字读为低字，而西门子PLC中模拟量的存储为先存低字再存高字，这样富士触摸屏从西门子PLC中读入的数据刚好都是高低字颠倒的。因为一般模拟量的值都比较小，高字都为零，这样相当于将原来的值乘了一个2的16次方的数，远远超过了模拟量的上限，才出现了以上情况。
为了解决以上问题，需要将PLC中的数据读入，依次高低字颠倒，再将趋势图的曲线地址指向存储修正数据的内部地址即可。为了完成这个功能，需要用到UG00S-CW的宏指令，富士UG00S-CW平台提供了丰富的宏命令集，主要有以下几类：
屏幕类，当打开一个界面时可执行的OPEN macro，当关闭一个界面时可执行的 CLOSEmacro，当打开一个界面后不断循环执行直到这个界面关闭为止时停止的 CYCLE macro。
按钮类，当按下一个按钮时可执行的 ON macro和当松开一个按钮时可执行的 OFF macro。
宏模式，即宏指令程序段受某一个比特位的控制，当这一位为1时执行，为0时停止，这个比特位可以是PLC中的地址，也可以是触摸屏的内部地址。
富士UG00S-CW的宏命令集和汇编语言非常相似，还增加了许多系统命令功能和辅助功能，使得开发程序更加方便快捷。触摸屏中的存储格式是字，地址用$u来表示，例如$u1000就表示第1000个字，$u1000-14就表示第1000个字的第14位，触摸屏中没有用来表示字节的地址表示方式。在这个食品生产线上有多个PID控制回路，每个回路对应一个趋势图，以个回路为例，它占用Buffer1（多有12个Buffer可供使用）趋势图有三条曲线PV、SP、OP，它们所对应的PLC地址分别为DB10：DBD0，DB10：DBD4，DB10：DBD8，将调整后的地址存入定为$u500~$u505，程序段如下：
/*将模拟量读入触摸屏内部，使用块赋值BMOV指令，即将DB10：DBD0~ DB10：DBD8赋值到$u500~$u505*/
$u500=DB0010：0000 C：12（BMOV）
//下面将各个量的高字和低字颠倒
$u600=$u500 （W）
$u500=$u501 （W）
$u501=$u600 （W）
$u602=$u502 （W）
$u502=$u503 （W）
$u503=$u602 （W）
$u604=$u504 （W）
$u500=$u505 （W）
$u505=$u604 （W）
将此程序段拷贝到每一屏幕的CYCLE macro中，将buffer地址初始地址指向$500，抽样模式定为：ConstantSample，曲线条数（即No. ofWord）定为3条，存储长度为500，其他的设置为默认值，趋势图中对应三条曲线的地址改为$u500,$u502,$u504，这样才能保证触摸屏中的数据和PLC中的数据同步更新。将程序下载到触摸屏，经过联机测试，一切正常。
3 结束语
富士触摸屏以及西门子PLC由于其产品具有很高的稳定性，在软件开发上非常高效快捷，在工控方面，两者相结合是一个很不错的选择，能够充分发挥两者的优点。由于两者毕竟不是同一厂商，难免会在某些细节的兼容性上会有纰漏，这是我们在设计工控系统时特别要注意的地方，硬件漏洞软件补是IT界永恒不变的方法，在开发商还没有使他们的产品尽善尽美之前，我们应当运用我们自己的智慧来完善我们的系统。