專利名稱：光機(jī)電綜合測(cè)量屏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光機(jī)電綜合測(cè)量屏，屬于水電站的水庫(kù)上下游水位、攔污柵后水 位、水溫、輔機(jī)通用壓力信號(hào)參數(shù)等的測(cè)量和控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，面向水電站的水庫(kù)上下游水位、攔污柵后水位、水溫、輔機(jī)管道壓力脈動(dòng)信號(hào) 參數(shù)等的測(cè)量和控制設(shè)備，存在以下問題
① 現(xiàn)有的測(cè)量系統(tǒng)不具備功能可重新配置，在被測(cè)量對(duì)象發(fā)生重大變化或系統(tǒng)需要升 級(jí)改造時(shí)，或者某些被測(cè)量傳感器及相關(guān)設(shè)備檢修維護(hù)，而其他的被測(cè)量傳感器及相關(guān)設(shè) 備仍然需要正常工作，但是，現(xiàn)有的設(shè)備設(shè)計(jì)方法和制造形式不能夠適應(yīng)。
② 水庫(kù)的上下游水位、攔污柵后水位、水溫等水文數(shù)據(jù)，以及機(jī)組錐管壓力參數(shù)等的 測(cè)量設(shè)備都是分散式設(shè)計(jì)，水位、水溫、輔機(jī)壓力信號(hào)等參數(shù)的測(cè)量不能夠集中在一面測(cè) 量屏上，造成維護(hù)和檢修不方便。
③ 現(xiàn)有的測(cè)量系統(tǒng)在工作體制上存在不可靠性的隱患。
若采用一般的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，并不能夠很好地解決上述的三個(gè)問題。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提出一種光機(jī)電綜合測(cè)量屏。
本實(shí)用新型光機(jī)電綜合測(cè)量屏，其特征在于包括工業(yè)計(jì)算機(jī)、信號(hào)適配器、可編程控 制器、數(shù)字信號(hào)鎖存器、數(shù)字信號(hào)接口驅(qū)動(dòng)電路、顯示器、報(bào)警繼電器、繼電器接點(diǎn)端子 排、信號(hào)指示燈、三個(gè)電源即第一電源至第三電源、四個(gè)防雷器即第一防雷器至第四防雷 器，其中第三電源分別與第二防雷器至第四防雷器、可編程控制器電連接，可編程控制器 依次串接信號(hào)適配器、工業(yè)計(jì)算機(jī)，可編程控制器與第一防雷器電連接，可編程控制器的 輸出端分別接數(shù)字信號(hào)鎖存器的輸入端、報(bào)警繼電器的輸入端和信號(hào)指示燈的輸入端，第 二電源分別與信號(hào)指示燈和報(bào)警繼電器電連接，數(shù)字信號(hào)鎖存器的輸出端依次串接數(shù)字信 號(hào)接口驅(qū)動(dòng)電路、顯示器，報(bào)警繼電器的輸出端接繼電器接點(diǎn)端子排的輸入端。本實(shí)用新型針對(duì)上述的問題，本實(shí)用新型采用了二種主要技術(shù)和措施進(jìn)行設(shè)計(jì)①采 用光機(jī)電一體化的傳感器總線和設(shè)備總線分層結(jié)構(gòu)。②采用系統(tǒng)冗余備份設(shè)計(jì)。
因此使得本實(shí)用新型具有功能可重新配置性，系統(tǒng)可根據(jù)需要重新進(jìn)行工作組態(tài)，以
及系統(tǒng)在工作體制上具有高可靠性。
本實(shí)用新型是在對(duì)可重配置傳感器技術(shù)的弓I進(jìn)和加以改造基礎(chǔ)上，并綜合采用了工業(yè)控 制網(wǎng)絡(luò)、光機(jī)電一體化、系統(tǒng)冗余可靠性等先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)而設(shè)計(jì)的。


圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2 是本實(shí)用新型的綜合測(cè)量屏外形示意圖3是本實(shí)用新型的工控機(jī)應(yīng)用軟件系統(tǒng)方框圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示。本實(shí)用新型光機(jī)電綜合測(cè)量屏，其特征在于包括工業(yè)計(jì)算機(jī)、信號(hào)適配 器、可編程控制器、數(shù)字信號(hào)鎖存器、數(shù)字信號(hào)接口驅(qū)動(dòng)電路、顯示器、報(bào)警繼電器、繼 電器接點(diǎn)端子排、信號(hào)指示燈、三個(gè)電源即第一電源至第三電源、四個(gè)防雷器即第一防雷 器至第四防雷器，其中第三電源分別與第二防雷器至第四防雷器、可編程控制器電連接， 可編程控制器依次串接信號(hào)適配器、工業(yè)計(jì)算機(jī)，可編程控制器與第一防雷器電連接，可 編程控制器的輸出端分別接數(shù)字信號(hào)鎖存器的輸入端、報(bào)警繼電器的輸入端和信號(hào)指示燈 的輸入端，第二電源分別與信號(hào)指示燈和報(bào)警繼電器電連接，數(shù)字信號(hào)鎖存器的輸出端依 次串接數(shù)字信號(hào)接口驅(qū)動(dòng)電路、顯示器，報(bào)警繼電器的輸出端接繼電器接點(diǎn)端子排的輸入 端。
"測(cè)量傳感器部分"包括2個(gè)水位碼盤式傳感器、5個(gè)水位投入式傳感器、2個(gè)水溫 傳感器、6個(gè)真空壓力變送器(傳感器)。
"測(cè)量傳感器部分"上述15臺(tái)傳感器(變送器)與PLC的各功能模塊相連，其中上游 水位碼盤傳感器、下游水位碼盤傳感器以PROFIBUS—DP從站的形式與PLC的PROFIBUS CP342 一5通訊模塊組成PROFIBUS—DP網(wǎng)絡(luò)型的傳感器網(wǎng)絡(luò)，以數(shù)字量的形式傳送數(shù)據(jù)。碼盤傳 感器響應(yīng)速度快、誤碼率低、精度高。上游水位投入式傳感器、下游水位投入式傳感器、1 一3弁機(jī)組的攔污柵柵后水位投入式傳感器、水庫(kù)水溫傳感器、尾水水溫傳感器、1一3#輔 機(jī)的(尾水管道壓力脈動(dòng))真空壓力變送器以4-20raA標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)接入PLC的模擬量輸 入模塊SM331，各傳感器/變送器安裝在預(yù)定的設(shè)計(jì)位置，物理量測(cè)量的不同會(huì)以電流的大 小反映給PLC的模擬量輸入模塊，水溫度傳感器、真空壓力變送器的工作原理與投入式傳感器相同。投入式傳感器的誤差為士3CM，水溫度變送器的土rc。
"PLC (可編程控制器)部分"配置有電源模塊、CPU模塊、通訊處理器模塊(PR0FIBUS 一DP通訊模塊)、3個(gè)模擬量輸出模塊、l個(gè)開關(guān)量輸出模塊、2個(gè)模擬量輸入模塊。PLC為 SEMENS300系列。
CPU模塊是核心部分，負(fù)責(zé)處理各功能模塊的數(shù)據(jù)及與工控機(jī)應(yīng)用軟件的通訊，并且為 PLC背板總線提供+5V電源，通訊處理器模塊(PROFIBUS—DP通訊模塊)負(fù)責(zé)與上游水位碼 盤傳感器、下游水位碼盤傳感器的通信以采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集；模擬量輸入模塊負(fù)責(zé)把采集 到的模擬量信號(hào)傳送給CPU模塊并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；模擬量輸出模塊負(fù)責(zé)把CPU模塊 傳送的上游水位、下游水位、毛水頭等水文數(shù)據(jù)從不同通道以4-20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)傳送 給現(xiàn)場(chǎng)的其它設(shè)備；開關(guān)量輸出模塊負(fù)責(zé)把CPU模塊輸出的攔污柵壓差偏高過高、上下游 水位的偏高偏低以及碼盤傳感器故障等信號(hào)輸出到相應(yīng)的開關(guān)量輸出點(diǎn)，從而觸發(fā)繼電器 動(dòng)作，并繼而點(diǎn)亮指示燈等。當(dāng)電源模塊的開關(guān)打在"ON"時(shí)，CPU模塊和PROFIBUS—DP 通訊模塊的運(yùn)行模式開關(guān)為"RUN"時(shí)，碼盤傳感器電源模塊的開關(guān)打在"ON",模擬量變 送器電源模塊的開關(guān)打在"ON" PLC就進(jìn)入運(yùn)行和自動(dòng)測(cè)量狀態(tài)。 "報(bào)警繼電器部分"有16個(gè)繼電器組成。 "LED顯示器部分"有3個(gè)LED顯示器組成。
工控機(jī)采用一體化工控機(jī)型，研華AWS8248。研華AWS8248采用19"機(jī)架式機(jī)箱，此 機(jī)箱可容納一個(gè)14槽PCI/ISA總線無源底板或者標(biāo)準(zhǔn)ATX主板，并支持各種電源。能 夠在沖擊、振動(dòng)和灰塵較多的惡劣環(huán)境下工作。它帶有可視化的電源以及硬盤指示燈，可 增強(qiáng)系統(tǒng)實(shí)用性，兼容Dialogic CT板卡，設(shè)計(jì)有先進(jìn)的冷卻系統(tǒng)，將-一個(gè)冷卻風(fēng)扇放在 最佳放置，能對(duì)系統(tǒng)的重要部件進(jìn)行降溫，靈活的機(jī)械設(shè)計(jì)支持300W ATX PFC PS/2電源 和300W ATX PFC冗余電源。具體配置為內(nèi)存512M， 15英寸的液晶LCD顯示屏，顯示 分辨率為1024*768。軟件環(huán)境Windows2000操作環(huán)境，硬盤容量80G。
工控機(jī)的COM 口 ( JK2)與PLC中CPU模塊中的MPI (JK1)通訊接口相連，工控機(jī)運(yùn)行 的應(yīng)用軟件系統(tǒng)與PLC的MPI 口通訊，使PLC內(nèi)的水文數(shù)據(jù)上傳給應(yīng)用軟件系統(tǒng)，并且以 表格、曲線等多種形式在工控機(jī)的LCD屏上相應(yīng)顯示。應(yīng)用軟件支持對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的各種操作 和對(duì)數(shù)據(jù)的綜合處理，對(duì)于24小時(shí)內(nèi)的上游水位的最高及發(fā)生時(shí)刻進(jìn)行記錄，對(duì)24小時(shí) 以內(nèi)的毛水頭、水庫(kù)水溫、尾水水溫等水文數(shù)據(jù)，各自進(jìn)行平均值計(jì)算等，并且定時(shí)對(duì)各 水文數(shù)進(jìn)行記錄，方便用戶査詢。
為了把各水文數(shù)據(jù)同水電廠監(jiān)控、大壩測(cè)壓、水情測(cè)報(bào)等系統(tǒng)共享，在工控機(jī)上留有 RS485通訊口。
工控機(jī)應(yīng)用軟件管理的通訊方式以RS485方式把上游水位、下游水位、毛水頭、l一3#機(jī)組的攔污柵壓差、水庫(kù)水溫、尾水水溫送給電站監(jiān)控系統(tǒng)、大壩測(cè)壓等系統(tǒng)使用，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
圖2是本實(shí)用新型的綜合測(cè)量屏外形示意圖。
如圖2所示，綜合測(cè)量屏的屏柜外形尺寸是2200X800X600毫米(腿)。綜合測(cè)量屏的上半部分主要安裝指示燈、LED顯示器儀表、指示燈、工控機(jī)等部件。下半部分主要安裝PLC、繼電器和連接器等。
屏上的指示燈為各攔污柵壓差偏高和過高報(bào)警，上游水位、下游水位的偏高和偏低報(bào)警，以及碼盤傳感器的故障報(bào)警。另外，在測(cè)量屏上還有3臺(tái)LED顯示器儀表實(shí)時(shí)顯示上游水位、下游水位、毛水頭。
圖3是本實(shí)用新型的工控機(jī)應(yīng)用軟件系統(tǒng)方框圖。
如圖3所示，工控機(jī)應(yīng)用軟件主要由以下軟件模塊組成數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)采集和控制模塊、通信服務(wù)模塊、圖形顯示模塊、系統(tǒng)管理模塊和參數(shù)設(shè)置模塊等。
數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，以及為各處理程序生成維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)
行所要求的全部數(shù)據(jù)文件。數(shù)據(jù)采集和控制模塊能釆集從PLC以及水位傳感器傳來的數(shù)據(jù)，監(jiān)視數(shù)據(jù)通信的差錯(cuò)。接受操作員的命令，并把命令傳向PLC。數(shù)據(jù)采集和控制的功能能夠處理所有的輸入、輸出，根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，操作反映及系統(tǒng)事件表安排所有的控制任務(wù)，能提供與PLC的所有通信聯(lián)系。通信服務(wù)模塊的功能處理所有的通信接口服務(wù)請(qǐng)求，提供在線和離線PLC、水位傳感器和遠(yuǎn)程CPU之間的連接，為操作員提供詢問系統(tǒng)和指導(dǎo)系統(tǒng)要執(zhí)行動(dòng)作的人機(jī)對(duì)話能力。系統(tǒng)管理的功能能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)進(jìn)行管理。參數(shù)設(shè)置的功能允許操作員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)修改和設(shè)置。圖形顯示的功能能夠進(jìn)行圖形和數(shù)據(jù)顯示，記錄控制所有的信息送到硬盤上存儲(chǔ)，包括系統(tǒng)事件和操作員引起的信息。
權(quán)利要求1.一種光機(jī)電綜合測(cè)量屏，其特征在于包括工業(yè)計(jì)算機(jī)、信號(hào)適配器、可編程控制器、數(shù)字信號(hào)鎖存器、數(shù)字信號(hào)接口驅(qū)動(dòng)電路、顯示器、報(bào)警繼電器、繼電器接點(diǎn)端子排、信號(hào)指示燈、三個(gè)電源即第一電源至第三電源、四個(gè)防雷器即第一防雷器至第四防雷器，其中第三電源分別與第二防雷器至第四防雷器、可編程控制器電連接，可編程控制器依次串接信號(hào)適配器、工業(yè)計(jì)算機(jī)，可編程控制器與第一防雷器電連接，可編程控制器的輸出端分別接數(shù)字信號(hào)鎖存器的輸入端、報(bào)警繼電器的輸入端和信號(hào)指示燈的輸入端，第二電源分別與信號(hào)指示燈和報(bào)警繼電器電連接，數(shù)字信號(hào)鎖存器的輸出端依次串接數(shù)字信號(hào)接口驅(qū)動(dòng)電路、顯示器，報(bào)警繼電器的輸出端接繼電器接點(diǎn)端子排的輸入端。
專利摘要本實(shí)用新型公布了一種光機(jī)電綜合測(cè)量屏，包括工業(yè)計(jì)算機(jī)、信號(hào)適配器、可編程控制器、數(shù)字信號(hào)鎖存器、數(shù)字信號(hào)接口驅(qū)動(dòng)電路、顯示器、報(bào)警繼電器、繼電器接點(diǎn)端子排、信號(hào)指示燈、三個(gè)電源即第一電源至第三電源、四個(gè)防雷器即第一防雷器至第四防雷器。本實(shí)用新型功能具有重新配置性，系統(tǒng)可根據(jù)需要重新進(jìn)行工作組態(tài)，以及系統(tǒng)在工作體制上具有高可靠性。
文檔編號(hào)G01F23/00GK201344817SQ20092003721
公開日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者葉鵬飛, 璐 周, 彭立軍, 徐立中, 施建強(qiáng), 李建霓, 李臣明, 樊棠懷, 石愛業(yè), 馬貞立 申請(qǐng)人:河海大學(xué);南京測(cè)瑞科技有限公司