铁路以太网远程供水测控系统

引言

        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。

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 。

        系统主要功能：

        一、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;

        二、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;

        三、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;

        四、向监控中心上传水位高低，泵出口压力，泵出口流量等参数;

        五、向监控中心上传电机三相电压，三相电流，电度量数据;

        六、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;;

        七、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;

        八、监控中心远程控制电机的开停;

        九、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。

        测控终端硬件设备

        远程供水监控系统中的终端监测设备选用北京聚英电子的以太网Mosbus RTU。

        远程测控终端硬件电路

        设备型号为JY-RTU6640-M

        测控终端的内部结构框图如图2 所示

功能特点

        ◆ 提供设备状态指示灯，方便设备维护;

        ◆ 宽电压供电范围：7V-30V;

        ◆ 带RS232、RS485(232也转为485的情况下，可以有两路485);

        ◆ 内置大容量SPI-flash(容量可选1Mbit-64Mbit)，实现数据的长时间本机保存(需定制);

        ◆ 6路AD仿真量输入(12位)，输入电压为0-30V，也可以测量4-20mA工业电流信号;

        ◆ 6路继电器输出控制、4路光耦输入输出控制(输入和输出的位数自选);

        ◆ 内置RTC，掉电可自动计时，定时定点唤醒，需定制;

        ◆ 高效的电源管理设计，在对功耗要求严格的场合，实现低功耗节能，延长工作时间，需定制;

        ◆ 传输支持多种协议，我公司自定协议和Modbus协议(ASCII、RTU、Modbus TCP)完美支持;

        ◆ Modbus从机工作模式：标准从机、从机主动回传;

        ◆ Modbus主机工作模式：标准主机、主机不巡检;

        ◆ 数据远程传输支持GPRS、以太网等;

        ◆ 数据传输采用以太网模块可实现功能：

        支持10Mbps/100Mbps两种方式接入Internet，数据传输速度加快，适合大数据量传输;

        支持TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP等协议;

        支持的节点数，只要服务器资源允许，理论上为无数个;

        根据服务器的需要，协议可以支持更加丰富;

        支持网络数据唤醒功能;

        ◆ 支持专用软件进行本地和远程参数配置及维护;

        ◆ 支持本地和远程固件升级;

        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。

系统软件

        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和 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。

总结

        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。