臺達(dá)機(jī)電產(chǎn)品在鐵路電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘要：本文主要論述了臺達(dá)PLC和HMI以及各類擴(kuò)展模塊在某鐵路項目的電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，其中涉及電力信號采集、數(shù)據(jù)運(yùn)算處理、數(shù)據(jù)通訊、邏輯開關(guān)量控制等。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集、浮點(diǎn)數(shù)、ASCII碼、報警、RS通訊。
一、引言
工控產(chǎn)品在大型自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用向來講究的是功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定、故障率低。而作為主控設(shè)備和上位機(jī)的PLC和HMI在其中更是起著舉足輕重的作用，分擔(dān)著整個控制系統(tǒng)中大部分的執(zhí)行和監(jiān)控任務(wù)。在電力監(jiān)控系統(tǒng)中，主控設(shè)備須根據(jù)系統(tǒng)中的電壓、電流、頻率等信號值對整個電力系統(tǒng)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作進(jìn)行準(zhǔn)確控制、并由上位機(jī)對這些信號數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)控。
二、系統(tǒng)構(gòu)架：
1， 整個監(jiān)控系統(tǒng)分成兩個監(jiān)控柜:A柜和B柜，具體的電控配置如下表
A: | 個數(shù) | B: | 個數(shù) | |||
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(jiān)控系統(tǒng)工作原理示意圖
圖1 |
三、控制系統(tǒng)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(guān)量）和鐵路系統(tǒng)中的電流、電壓或頻率信號（模擬量A/D轉(zhuǎn)換）。例如下表
告警信號
PLC接線端 | 告警條件 | 告警內(nèi)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(shù)信號：
PLC內(nèi)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(jiān)控A柜和B柜上的PLC，對系統(tǒng)中的電力信號進(jìn)行實時的監(jiān)控，同時根據(jù)開關(guān)量信號輸入、利用宏指令實現(xiàn)對系統(tǒng)運(yùn)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(tǒng)現(xiàn)場監(jiān)控與操作是通過HMI來實現(xiàn)的，但同時系統(tǒng)中的這一系列參數(shù)也都必須傳輸?shù)絇C機(jī)上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分類統(tǒng)計和顯示的功能。PC機(jī)端的數(shù)據(jù)采集軟件已經(jīng)由用戶開發(fā)好，無法更改，如下圖.
圖2 |
4. 該軟件的數(shù)據(jù)采集原則為“只收不發(fā)”，且僅接收符合一定協(xié)議的數(shù)據(jù)（參數(shù)格式必須為浮點(diǎn)數(shù)，以ASCII碼格式傳輸），其他格式的數(shù)據(jù)均無法采集和顯示。例如：
5. 這樣，在PLC這端就必須滿足幾點(diǎn)：浮點(diǎn)數(shù)、ASCII數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)只發(fā)不收。同時根據(jù)數(shù)據(jù)采集軟件的數(shù)據(jù)格式定義，A柜和B柜中的參數(shù)必須進(jìn)行一定規(guī)則的組合分類；將重組后的數(shù)據(jù)發(fā)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(shù)據(jù)，無法正常顯示；要么PLC端程序出現(xiàn)通訊錯誤。
6. 根據(jù)上述的特點(diǎn)，決定采取以下方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集：
--如圖1所示，A柜PLC先通過RS485端口以MODBUS協(xié)議通訊方式讀取B柜PLC內(nèi)的相關(guān)參數(shù)。
--在A柜PLC中，將A柜和B柜中的相關(guān)電力參數(shù)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)并進(jìn)行重新組合。
浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換：
高低字節(jié)交換：
--將組合整理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換城ASCII碼格式，并根據(jù)采集軟件所支持的協(xié)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(shù)據(jù)發(fā)送給PC，同時將接收數(shù)據(jù)長度設(shè)為0，實現(xiàn)數(shù)據(jù)“只發(fā)不收”；由于數(shù)據(jù)長度非常長，而RS指令一次最多只能發(fā)送255字節(jié)；故需要分多次RS指令進(jìn)行發(fā)送。
--最后如圖2所示，只要PC端接收的數(shù)據(jù)符合自身的協(xié)議格式，數(shù)據(jù)采集軟件就會自動在空白區(qū)域顯示出所接收到的數(shù)據(jù)，并在如“系統(tǒng)輸入模擬量數(shù)據(jù)”、“告警狀態(tài)”等數(shù)據(jù)區(qū)塊顯示出相應(yīng)電力參數(shù)值。
7. PLC中不斷重復(fù)上述數(shù)據(jù)采集動作，就可以在PC機(jī)上實時顯示系統(tǒng)當(dāng)前的電力參數(shù)了。達(dá)到電力系統(tǒng)參數(shù)及時監(jiān)控和收集的效果。
四、小結(jié)
該系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)周的調(diào)試和完善后得到客戶的滿意驗收。總的來說，該系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大，HMI上的監(jiān)控頁面達(dá)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(jiān)控裝置不宜太多。最大的難點(diǎn)在于將電力參數(shù)由PLC發(fā)給PC端采集軟件；由于數(shù)據(jù)量大，且協(xié)議格式復(fù)雜，所以在PLC程序中必須仔細(xì)編寫協(xié)議數(shù)據(jù)并嚴(yán)格安排每筆通訊數(shù)據(jù)的時序關(guān)系，防止數(shù)據(jù)錯位或混亂。
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