劉 萌

*西安鐵路局西安電務(wù)器材廠 助理工程師，710054 西安

PZXG系列智能電源屏要求實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信和遙控“三遙”功能，需要對(duì)屏內(nèi)的電壓、電流等模擬信號(hào)進(jìn)行取樣，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行、開關(guān)的分合、接觸器的吸落等數(shù)字信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)采集到的模擬量和開關(guān)量進(jìn)行分析，以判斷電源屏工作是否正常。如果電源屏工作異常，則需進(jìn)行聲光報(bào)警，并在人機(jī)界面上把電源屏的各種參數(shù)集中顯示出來，同時(shí)將電源屏內(nèi)的參數(shù)上傳給微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

PLC監(jiān)控系統(tǒng)采用集散式監(jiān)控方式，由西門子S7-200系列作為主控單元，監(jiān)測(cè)各電源屏的運(yùn)行參數(shù)和工作狀態(tài)，同時(shí)與微機(jī)監(jiān)測(cè)進(jìn)行通信，上傳數(shù)據(jù)。PLC通過網(wǎng)絡(luò)連接，可實(shí)現(xiàn)與人機(jī)界面信息的傳送、交換、存儲(chǔ)和處理，兩者結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)功能較強(qiáng)的、完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并且具有較高的可靠性和很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。智能電源屏由多面屏組成，現(xiàn)以A屏、B屏、C屏3面屏為例說明。

1 硬件配置

現(xiàn)場(chǎng)PLC監(jiān)控是現(xiàn)場(chǎng)與監(jiān)控中心之間的橋梁和紐帶。由于現(xiàn)場(chǎng)一般無人值守，因此PLC的性能和質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)的可靠性影響很大。經(jīng)充分論證，選用S7-200系列PLC具有較高的性能價(jià)格比，它具有功耗低、體積小、重量輕、易擴(kuò)展、性能優(yōu)等特點(diǎn)，非常適合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。

智能屏監(jiān)控系統(tǒng)包括了中央處理單元、擴(kuò)展模塊、人機(jī)界面、傳感器、輔助電源等。

1．中央處理單元。采用 S7-200系列中的CPU222、CPU224和CPU226，CPU單元本身具有開關(guān)量輸入和輸出接口。C屏采用 CPU222，有1個(gè)通信口，可以實(shí)現(xiàn)屏間通信;A屏和B屏根據(jù)程序的大小采用CPU224或CPU226，有2個(gè)通信接口Port0和Port1，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)各屏之間以及電源屏與微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通信，而且2個(gè)接口可以根據(jù)不同的要求，設(shè)置各自的通信速率，方便靈活。各屏之間用隨屏附帶的網(wǎng)絡(luò)通信電纜連接，網(wǎng)絡(luò)通信線和PLC的Port0口相連。A屏PLC的Port1口與觸摸屏連接，B屏PLC的Port1口預(yù)留給微機(jī)監(jiān)測(cè)通信。

2．?dāng)U展模塊。根據(jù)各屏監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量的不同，可以增加相應(yīng)的擴(kuò)展模塊。常用的擴(kuò)展模塊有模擬量輸入擴(kuò)展模塊和數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊，最多可以擴(kuò)展7個(gè)模塊。模擬量輸入擴(kuò)展模塊通過外圍回路輸入高電平 (或低電平)，由PLC判斷電源屏工作是否正常;數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊將外圍設(shè)備輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以供PLC進(jìn)行計(jì)算、判斷、比較和傳輸。

3．人機(jī)界面。采用面向現(xiàn)代工業(yè)的觸摸屏顯示屏，當(dāng)主機(jī)與PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)通信時(shí)，人機(jī)界面可非常直觀的把PLC采集到的數(shù)據(jù)顯示出來，自動(dòng)彈出報(bào)警信息，并對(duì)歷史故障信息作記錄，方便故障查找及分析。

4．傳感器。將各種電壓、電流量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，傳送給模擬量輸入擴(kuò)展模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后通過CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

5．輔助電源。負(fù)責(zé)向PLC各單元模塊提供直流24V工作電源。

為提高系統(tǒng)的可靠性，各部分相對(duì)獨(dú)立，便于維護(hù)。PLC開關(guān)量輸入、輸出與現(xiàn)場(chǎng)之間隔離，模擬信號(hào)采用信號(hào)隔離器隔離，電源采用單獨(dú)開關(guān)電源供電，以減小電源噪聲，同時(shí)系統(tǒng)設(shè)置良好的接地。

2 系統(tǒng)軟件

PLC程序采用西門子SIMATIC指令系統(tǒng)，梯形圖語言編寫。為提高終端的抗干擾能力，軟件設(shè)計(jì)中采用了程序?yàn)V波、模塊檢測(cè)、數(shù)據(jù)校正等措施，保證控制操作的正確性和可靠性。程序設(shè)計(jì)采用模塊化、功能化結(jié)構(gòu)，便于維護(hù)、擴(kuò)展。對(duì)各個(gè)屏的程序編寫完成后，設(shè)置通信方式與通信速率，聯(lián)機(jī)即可整體運(yùn)行。系統(tǒng)軟件需要完成以下幾個(gè)功能:①對(duì)屏內(nèi)的電壓、電流監(jiān)測(cè);②對(duì)斷路器、接觸器、模塊的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè);③報(bào)警判斷及驅(qū)動(dòng)報(bào)警;④在觸摸屏上進(jìn)行集中顯示;⑤把電源屏的各類信息周期性地采集傳送給微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并且采用RS-485通信接口;⑥信息傳輸方式采用異步方式，起始位1位，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無校驗(yàn);⑦數(shù)據(jù)傳輸速率采用4.8 kb/s，9.6 kb/s或19.2 kb/s。

智能電源屏采用多主機(jī)的組網(wǎng)方式。A屏、B屏為2個(gè)主站，采用CPU224或CPU226中央處理單元;C屏為從站，采用 CPU222。屏間采用NETW和NETR指令進(jìn)行通信，A屏通過Port0，利用NETR指令將其他兩面屏的參數(shù)讀到本屏的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，再根據(jù)要求分區(qū)存放，然后觸摸屏通過Port1采集PLC中的數(shù)據(jù)并顯示。同樣，B屏通過NETR指令將A、C屏的數(shù)據(jù)讀到B屏的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并發(fā)送至微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

通信協(xié)議采用鐵道部公布的《鐵路信號(hào)智能電源屏與微機(jī)監(jiān)測(cè)設(shè)備通信協(xié)議》，協(xié)議要求傳送的數(shù)據(jù)全部為ASCII碼，因此，要對(duì)傳輸之前的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，等待發(fā)送。協(xié)議的基本格式如表1所示。

表1 協(xié)議的基本格式表

系統(tǒng)軟件主要由下列程序模塊組成。

1．初始化程序:設(shè)定各寄存器、計(jì)數(shù)器、PLC工作模式、通信方式等參數(shù)初始值。

2．模塊檢測(cè)子程序:檢測(cè)PLC的故障信息、校驗(yàn)信息。

3．?dāng)?shù)據(jù)通信子程序:完成與監(jiān)控中心的各種通信功能。對(duì)各屏采集的模擬量、開關(guān)量數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫。

4．程序?yàn)V波子程序:對(duì)各路模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、濾波、平均等處理。

5．報(bào)警處理子程序:檢測(cè)有無報(bào)警信息，確定故障點(diǎn)。

6．?dāng)?shù)據(jù)顯示子程序:對(duì)濾波后的模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、計(jì)算等處理。

7．?dāng)?shù)據(jù)校正子程序:對(duì)模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，使得在人機(jī)界面上能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)校正。

3 應(yīng)用效果

采用可編程控制器S7-200為控制系統(tǒng)的智能電源屏，具有操作簡單、控制可靠、故障率低、可靠性好、抗電氣干擾能力強(qiáng)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。采用掃描式的工作方式，特別適合于邏輯控制要求較高的順序控制?，F(xiàn)已在現(xiàn)場(chǎng)廣泛應(yīng)用，滿足了用戶需求，深受用戶好評(píng)。