基于PLC的水电站监测系统的制作方法

本实用新型涉及自动化测控技术领域，具体涉及基于plc的水电站监测系统。

背景技术：

水电站大坝能否安全运行不仅直接影响电厂经济效益，更与下游人民的生命财产、国民经济发展和生态环境密切相关，而工程安全监测作为评判大坝运行状态的手段就显得尤为重要。为了落实水电站大坝运行安全监督管理的相关规定，对于重要项目，应当实施自动化监测，并保证相关设施全天候连续正常工作，使大坝上级管理单位和大坝中心能够随时远程采集到数据。

随着电子技术的发展、数字通讯技术的推广应用，电力系统的工程监测自动化已全面展开。目前大坝监测项目如变形、渗流、应力应变等内观测量均实现了自动化监测，在大坝的竣工阶段就逐步实现监测系统自动化建设和集中调试。但是目前的水电站安全监测自动化系统在长期运行过程中，大多存在传输网络层级多、数据反馈效率低以及数据格式不规范的问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型提供了基于plc的水电站监测系统，其应用时，可以有效缩短水电站安全监测的传输网络层级，提高数据可靠性和反馈效率。

本实用新型所采用的技术方案为：

基于plc的水电站监测系统，包括传感器单元、测量模块、plc控制器和信息中心，所述传感器单元包括若干用于采集基础监测数据的传感器，所述测量模块的输入端对接传感器单元，输出端对接plc控制器，测量模块用于读取传感器单元采集的基础监测数据，并对其进行标准协议转换后传输至plc控制器，所述plc控制器的输出端对接信息中心，plc控制器用于对测量模块传输的数据进行监测处理，并将监测结果传输至信息中心，信息中心用于对监测结果进行展现。

作为上述技术方案的优选，所述测量模块与plc控制器之间通过can总线进行对接。

作为上述技术方案的优选，所述plc控制器与信息中心之间通过工业以太网进行标准协议数据传输。

作为上述技术方案的优选，所述传感器单元包括至少十六个振弦式传感器，测量模块用于对传感器单元的所有振弦式传感器进行循环读取。

作为上述技术方案的优选，所述测量模块包括传感器对接单元、通讯及通道切换单元、振弦信号处理单元、通讯传输单元和电源单元，所述电源单元用于为测量模块提供工作电源，所述传感器对接单元用于对接各振弦式传感器，所述振弦信号处理单元用于对振弦式传感器采集的数据进行测量和标准协议转换，所述通讯及通道切换单元用于通过传感器对接单元循环读取各振弦式传感器的数据，并传输至振弦信号处理单元，以及从振弦信号处理单元接收标准协议转换后的数据，所述通讯传输单元用于将通讯及通道切换单元接收的标准协议转换后数据传输至plc控制器。

作为上述技术方案的优选，所述传感器对接单元包括一级对接器和二级对接器，一级对接器对接振弦式传感器，二级对接器的一端对接一级对接器，另一端与通讯及通道切换单元对接。

作为上述技术方案的优选，所述通讯传输单元与plc控制器之间通过can总线进行数据传输。

作为上述技术方案的优选，所述plc控制器包括输入单元、输出单元、cpu处理器和电源模块，所述电源模块用于内部供电，所述输入单元设有输入端口，输入单元通过输入端口对接测量模块，所述输出单元设有输出端口，输出单元通过输出端口对接信息中心，所述cpu处理器用于对测量模块传输的数据进行监测处理。

作为上述技术方案的优选，所述plc控制器还设有内部总线，输入单元、输出单元和cpu处理器均接入内部总线，在内部总线上还对接有用于对输入单元、输出单元和cpu处理器进行数据存储的存储器。

作为上述技术方案的优选，所述内部总线上还对接有通信接口，所述通信接口用于对接外部设备。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型通过plc控制器替代传统的工控机，测量模块与plc控制器之间通过can标准协议进行数据传输，将常规自动化通讯网络七层级优化至四层级，缩短网络通讯序列，减少网络通讯设备和信号转换，大大提升了数据采集和传输速率，提高了数据采集传输的可靠性，实现了信息处理与现场测量模块的无缝衔接。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为现有的水电站数据采集系统结构示意图；

图3为测量模块的构成示意图；

图4为实施例3中电源单元的电路示意图；

图5为实施例3中通讯及通道切换单元的电路示意图；

图6为实施例3中振弦信号处理单元的电路示意图；

图7为实施例3中通讯传输单元的电路示意图；

图8为实施例3中一级对接器的电路示意图；

图9为实施例3中二级对接器的电路示意图；

图10为plc控制器的构成示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本实用新型的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本实用新型，并且不应当理解为本实用新型限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，术语第一、第二等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。尽管本文可以使用术语第一、第二等等来描述各种单元，这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本实用新型的示例实施例的范围。

应当理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，单独存在b，同时存在a和b三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，a/和b，可以表示：单独存在a，单独存在a和b两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在本实用新型的描述中，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

应当理解，当将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，当将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，不存在中间单元。应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”，“相邻”对“直接相邻”等等)。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意在限制本实用新型的示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解术语“包括”、“包括了”、“包含”、和/或“包含了”当在本文中使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如，取决于于所涉及的功能/动作，实际上可以实质上并发地执行，或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

在下面的描述中提供了特定的细节，以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实施例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例1：

本实施例提供了基于plc的水电站监测系统，如图1所示，包括传感器单元、测量模块、plc控制器和信息中心，所述传感器单元包括若干用于采集基础监测数据的传感器，所述测量模块的输入端对接传感器单元，输出端对接plc控制器，测量模块用于读取传感器单元采集的基础监测数据，并对其进行标准协议转换后传输至plc控制器，所述plc控制器的输出端对接信息中心，plc控制器用于对测量模块传输的数据进行监测处理，并将监测结果传输至信息中心，信息中心用于对监测结果进行展现。

如图2所示，目前大坝安全数据采集平台大多数都是采用工控机进行数据的管理，网络传输层级多，在实际使用过程中，工控机经常发生死机故障，每隔一段时间必须人工重新启动，耗费大量人力资源，影响数据采集效率。同时国内各厂家的测量模块通讯协议不对外公开，且其大多采用非标协议，各厂家之间模块不能混合使用，数据格式不规范，导致数据采集效率和传输可靠性较差。而本监测系统使用plc控制器替代传统的工控机，将常规自动化通讯网络七层级优化至四层级，缩短网络通讯序列，减少网络通讯设备和信号转换。测量模块与plc控制器之间通过标准协议进行数据传输，大大提升数据采集和传输速率，提高了数据采集传输的可靠性，实现了信息处理与现场测量模块的无缝衔接。

实施例2：

作为对上述实施例的优化，所述测量模块与plc控制器之间通过can总线进行对接。所述plc控制器与信息中心之间通过工业以太网进行标准协议数据传输。使用can总线进行数据传输，既规范了数据格式，同时又可以有效保证数据传输稳定性和高效率，同样，plc控制器与信息中心之间通过工业以太网进行标准协议数据传输，也大大提升数据传输速率，其开放式的通讯协议，实现了信息中心与现场监测的无缝衔接。

所述传感器单元包括十六个振弦式传感器，测量模块用于对十六个振弦式传感器进行循环读取。振弦式传感器采用双线圈的振弦式传感器，其振弦的振动频率符合：

其中，f0为初始频率，l为振弦的有效长度，σ0为振弦上的初始应力，ρ为振弦的材料密度。

由于在该系统中振动钢弦的长度l是确定的，而在选取的时候其截面积也是确定的，因此质量和弹性模量也都随之确定。所以，振动钢弦所受应力与其共振的输出频率存在一定的比例关系。当没有对传感器施加额外的压力时，振弦则会按照现有的初始应力振动，系统测得其初始频率f0。当传感器受到需要测量的外力施加时,其形变器件会发生相应的形变从而使得振弦所受应力也相应改变δσ，系统此时测到的传感器输出频率也相较于初始频率改变δf0。因此，只需要通过对传感器输出的频率f的改变就能够测出传感器所受的外力大小。

实施例3：

作为对上述实施例的优化，如图3所示，所述测量模块包括传感器对接单元、通讯及通道切换单元、振弦信号处理单元、通讯传输单元和电源单元，如图4所示的电源单元用于为测量模块提供工作电源，所述传感器对接单元用于对接各振弦式传感器，如图6所示的振弦信号处理单元用于对振弦式传感器采集的数据进行测量和标准协议转换，如图5所示的通讯及通道切换单元用于通过传感器对接单元循环读取各振弦式传感器的数据，并传输至振弦信号处理单元，以及从振弦信号处理单元接收标准协议转换后的数据，如图7所示的通讯传输单元用于将通讯及通道切换单元接收的标准协议转换后数据传输至plc控制器。所述通讯传输单元与plc控制器之间通过can总线进行数据传输。

所述传感器对接单元包括八个如图8所示的一级对接器和两个如图9所示的二级对接器，每个一级对接器对接两个振弦式传感器，每个二级对接器对接四个一级对接器，二级对接器再与通讯及通道切换单元对接。通过十六个振弦式传感器——八个一级对接器——两个二级对接器——通讯及通道切换单元这样的层级设置，可以有效提高通讯及通道切换单元对传感器单元的数据读取效率。

实施例4：

作为对上述实施例的优化，如图10所示，所述plc控制器包括输入单元、输出单元、cpu处理器和电源模块，所述电源模块用于内部供电，所述输入单元设有输入端口，输入单元通过输入端口对接测量模块，所述输出单元设有输出端口，输出单元通过输出端口对接信息中心，所述cpu处理器用于对测量模块传输的数据进行监测处理。

plc控制器还设有内部总线，输入单元、输出单元和cpu处理器均接入内部总线，在内部总线上还对接有用于对输入单元、输出单元和cpu处理器进行数据存储的存储器。

所述内部总线上还对接有通信接口，所述通信接口用于对接外部设备，如编程器、写入器、打印机、人机交互设备、上位计算机以及其他plc控制等。并且还可以在内部总线上对接扩展接口，通过扩展接口对接外部的扩展单元。

本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。