臺達機電產品在鐵路電力監控系統中的應用
摘要：本文主要論述了臺達PLC和HMI以及各類擴展模塊在某鐵路項目的電力監控系統中的應用，其中涉及電力信號采集、數據運算處理、數據通訊、邏輯開關量控制等。
關鍵詞：數據采集、浮點數、ASCII碼、報警、RS通訊。
一、引言
工控產品在大型自動化控制系統中的應用向來講究的是功能強大、性能穩定、故障率低。而作為主控設備和上位機的PLC和HMI在其中更是起著舉足輕重的作用，分擔著整個控制系統中大部分的執行和監控任務。在電力監控系統中，主控設備須根據系統中的電壓、電流、頻率等信號值對整個電力系統中執行機構的動作進行準確控制、并由上位機對這些信號數據進行實時監控。
二、系統構架：
1， 整個監控系統分成兩個監控柜:A柜和B柜，具體的電控配置如下表
A: | 個數 | B: | 個數 | |||
DOP-A57CSTD | HMI | 1 | DVP20EH00R2 | PLC | 1 | |
DVP20EH00R2 | PLC | 1 | DVP08HM11N | PLC | 1 | |
DVP16HM11N | PLC | 2 | DVP16HM11N | PLC | 1 | |
DVP04AD-H2 | PLC | 6 | DVP04AD-H2 | PLC | 8 |
監控系統工作原理示意圖
圖1 |
三、控制系統說明：
1. 如圖1所示，在A屏和B屏上，PLC通過DI和AI模塊讀取眾多故障報警信號（開關量）和鐵路系統中的電流、電壓或頻率信號（模擬量A/D轉換）。例如下表
告警信號
PLC接線端 | 告警條件 | 告警內容 | 備注 | |
X0 | A屏1QF | 1KM、2KM 切換正常，1QF斷開 | A屏1QF斷開 | m100 |
X1 | A屏2QF | 1KM、2KM 切換正常，2QF斷開 | A屏2QF斷開 | m101 |
X2 | A屏3QF | 1KM、2KM 切換正常，3QF斷開 | A屏3QF斷開 | m102 |
X3 | A屏4QF | 1KM、2KM 切換正常，4QF斷開 | A屏4QF斷開 | m103 |
X4 | A屏5QF | 1KM、2KM 切換正常，5QF斷開 | A屏5QF斷開 | m104 |
電力參數信號：
PLC內部地址 | 名稱 | 額定值 | 報警上下限 | 接線通道 |
D200 | 一路輸入A相電壓D200 | AC220V | 170～260 | CH1(04AD-1) |
D201 | 一路輸入B相電壓D201 | AC220V | 170～260 | CH2(04AD-1) |
D202 | 一路輸入C相電壓D202 | AC220V | 170～260 | CH3(04AD-1) |
D203 | 一路輸入頻率D203 | 50HZ | 45～55 | CH4(04AD-1) |
D204 | 二路輸入A相電壓D204 | AC220V | 170～260 | CH1(04AD-2) |
D205 | 二路輸入B相電壓 | AC220V | 170～260 | CH2(04AD-2) |
D206 | 二路輸入C相電壓 | AC220V | 170～260 | CH3(04AD-2) |
D207 | 二路輸入頻率 | 50HZ | 45～55 | CH4(04AD-2) |
2. HMI通過COM1和COM2兩個RS232端口分別監控A柜和B柜上的PLC，對系統中的電力信號進行實時的監控，同時根據開關量信號輸入、利用宏指令實現對系統運行狀況的各類告警提示,并記錄歷史告警信息。如下圖:
3. 電力系統現場監控與操作是通過HMI來實現的，但同時系統中的這一系列參數也都必須傳輸到PC機上，實現數據采集、分類統計和顯示的功能。PC機端的數據采集軟件已經由用戶開發好，無法更改，如下圖.
圖2 |
4. 該軟件的數據采集原則為“只收不發”，且僅接收符合一定協議的數據（參數格式必須為浮點數，以ASCII碼格式傳輸），其他格式的數據均無法采集和顯示。例如：
5. 這樣，在PLC這端就必須滿足幾點：浮點數、ASCII數據轉換、數據只發不收。同時根據數據采集軟件的數據格式定義，A柜和B柜中的參數必須進行一定規則的組合分類；將重組后的數據發送到PC上，才算有效。否則要么造成PC端軟件采集不到正確數據，無法正常顯示；要么PLC端程序出現通訊錯誤。
6. 根據上述的特點，決定采取以下方式進行數據采集：
--如圖1所示，A柜PLC先通過RS485端口以MODBUS協議通訊方式讀取B柜PLC內的相關參數。
--在A柜PLC中，將A柜和B柜中的相關電力參數轉換為浮點數并進行重新組合。
浮點數轉換：
高低字節交換：
--將組合整理后的數據轉換城ASCII碼格式，并根據采集軟件所支持的協議格式加上“頭碼”、“命令字”、“校驗和”、“尾碼”等。
--如圖1所示，A柜PLC通過RS485端口，使用RS指令將數據發送給PC，同時將接收數據長度設為0，實現數據“只發不收”；由于數據長度非常長，而RS指令一次最多只能發送255字節；故需要分多次RS指令進行發送。
--最后如圖2所示，只要PC端接收的數據符合自身的協議格式，數據采集軟件就會自動在空白區域顯示出所接收到的數據，并在如“系統輸入模擬量數據”、“告警狀態”等數據區塊顯示出相應電力參數值。
7. PLC中不斷重復上述數據采集動作，就可以在PC機上實時顯示系統當前的電力參數了。達到電力系統參數及時監控和收集的效果。
四、小結
該系統經過數周的調試和完善后得到客戶的滿意驗收?？偟膩碚f，該系統數據量大，HMI上的監控頁面達到80多頁；為了保證HMI于PLC的通訊速度，一般單頁面上放的監控裝置不宜太多。最大的難點在于將電力參數由PLC發給PC端采集軟件；由于數據量大，且協議格式復雜，所以在PLC程序中必須仔細編寫協議數據并嚴格安排每筆通訊數據的時序關系，防止數據錯位或混亂。
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