PLC在發信系統中的應用

1 引言

　　發信系統調度中心完成對發信系統高壓設備的控制、監測、狀態和工作參數顯示、故障提示，同時完成與發信系統其他控制設備通信等功能。由plc構成的控制柜在線采集運行數據和確定運行狀態，并將它們傳輸至調度中心，控制柜接收調度中心指令對發信系統的設備實施控制，構成完整的監控系統。該系統的設計目標是實施對發信系統多種設備進行遠程監視、控制、測量，實現無人值守，對各種瞬間發生的電氣事故進行分析判斷，對現場眾多電氣數據進行記錄和統計處理。

2 系統設計

　　基于plc設計的監控系統由三個部分組成：1 設置在調度中心的操作終端設備；2 分布在設備現場的五個控制柜；3 數據傳輸通道。系統結構圖如圖1所示。

圖1 系統組成框

　　由圖1看出：系統包括上位機和下位機兩部分。上位機是指調度中心的1＃cpc、2＃cpc(操作終端)，其中包括hmi(human machine interfa -ce)系統和數據庫管理系統，功能是遙控操作，遙信、遙測顯示及數據報表統計，記錄事故分析等。而下位機是指數據采集系統及各種智能控制設備，在這里指的是plc控制箱和5個控制柜。　　

　　2.1 由plc模塊構成的控制柜

　　下位機的關鍵設備是采用plc構成的五個控制柜。該方案采用模塊式結構，可根據應用需求進行靈活配置和可以擴展。采用plc的控制柜基于幾點考慮：

　　(1)系統為閉環監控工作方式，對于控制過程的安全性要求較高；

　　(2)plc具有高可靠性和極強的抗干擾能力；

　　(3)模塊化配置實現多功能擴展。

　　2.2 plc 編程軟件

　　plc編程用基于microfost windows環境的編程軟件gx developer v8.26開發。以實現現場數據的采集、計算、統計、數據通信、系統故障診斷等功能。gx developer v8.26符合iec-1131-3 編程語言標準，有梯形圖、順序功能圖、功能塊圖、結構化文本、指令表。gx developer v8.26t提供了實用簡單友好的用戶界面，有豐富的編譯工具、強勁的搜索功能、自由格式的圖形編輯器、完善的在線幫助，使得對modicon tsx momentum(模塊式momentum plc組板)構成的自動化控制系統的程序編寫、軟件調試、系統維護十分簡單。

2.3 系統軟件設計

　　系統上位機采用mcgs(monitor and control generated system)組態軟件、mcgs是一套基于windows平臺的，用于快速構造和生成上位機監控系統的組態軟件系統，可運行于microsoft windows 95/98/me/nt/2000等操作系統。mcgs為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發平臺，能夠完成現場數據采集、實時和歷史數據處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及監控網絡等功能。mcgs具有操作簡便、可視性好、可維護性強、高性能、高可靠性等突出特點，在石油化工、鋼鐵行業、電力系統、水處理、環境監測、機械制造、交通運輸、能源原材料、農業自動化、航空航天等領域已進行了成功應用。目前，mcgs組態軟件具有整個工業監控系統的從設備采集、工作站數據處理和控制、上位機網絡管理和web瀏覽的所有功能，很好的實現了自動控制一體化的功能。使用mcgs，可以在短時間內完成一個運行穩定、功能全面、維護量小并且具備專業水準的計算機監控系統的開發工作。

　　2.4 系統網絡結構

　　系統采用標準的開環總線以太網配置。這樣不僅降低了成本，方便布線，易于擴展；而且網絡結構上保證了信息傳輸的安全性，能對數據進行有效的分流，從而減輕網絡負荷，增強了系統的可靠性。其網絡標準為ieee802.3；傳輸速率為10mbps。整個系統采用10/100m以太網交換機形成自適應以太網通信。

　　控制柜設備之間的數據傳輸采用plc專用網絡melsecnet/h組成控制層網，melsecnet/h網絡是通過光纖連接plc控制器與plc控制器的專用網絡，通過使用高速通信和大容量的鏈接軟元件，在控制系統設備之間實時地傳遞和設備的運轉、動作相關的數據，可以實現25mbps的高速通信，光纖采用雙重回路提高了系統冗余性和可靠性。

　　上位機與下位機的通信是監控系統的一個關鍵。我們選用mcgs的設備構件用于實現以態網模塊(qj71e71-100)和三菱q系列plc通訊。三菱q系列tcp/ip設備構件把plc的通道分為只讀，只寫，讀寫三種情況，只讀用于把plc中的數據讀入到mcgs的實時數據庫中，只寫通道用于把mcgs實時數據庫中的數據寫入到plc中，讀寫則可以從plc中讀數據，也可以往plc中寫數據。

　　通信網絡采用主從方式定時收發數據。在本系統，上位機定義為主設備，下位機五個控制柜所有智能監控裝置定義為從設備，只有主設備能初始化或對從設備查詢。所有設備都有規定的ip地址或站地址，主設備按地址發布消息，從設備根據主設備查詢或提供的數據決定要產生何種行動，實現了系統的監控功能;同時當系統故障，比如五個控制柜中有某一個從網絡中斷開，在主設備端馬上診斷出來，而當故障修復后，網絡又可自動接通，這樣有利于操作員進行系統功能診斷。　　

3 系統工作過程

　　下位機從現場設備采集遙信及遙測信號，經過一定的處理后存儲到plc的寄存器中供上位機讀取；同時接收上位機發送的遙控命令經過處理后傳給現場設備。而上位機則是負責從下位機讀取遙信量和遙測量，經過處理后進行顯示或生成報表等；同時根據操作員的需要發出遙控命令。下面分別介紹系統的具體工作過程。

　　3.1 系統通信

　　整個系統的通信都是基于ip地址的。

　　(1)上位機和下位機的通信，是通過為mcgs組態軟件的各個數據建立通信通道來實現的。

　　(2)下位機之間的通信：下位機之間的通信通過melsecnet/h網絡完成melsecnet/h網絡具有的ras功能，ras功能代表可靠性、可用性、可維修性。melsecnet/h網絡具備環路回送功能，在光纖環路系統中，傳送路徑是雙結構，當傳送路徑中發生錯誤時，通過把傳送路徑從正向環路切換成反向環路或從反向環路切換成正向環路或進行環路回送來斷開故障區，在仍然能夠進行數據通訊的站之間繼續正常傳送。

　　正常時使用正向環路或反向環路進行數據鏈接，如圖2所示。

圖2 melsecnet/h網數據鏈接環路

　　異常時正向環路反向環路中出錯，使用反向環路正向環路繼續數據鏈接，如圖3所示。

圖3 melsecnet/h網數據鏈接環路

3.2 下位機接受遙控(yk)命令

　　上位機往下位機寫的遙控(yk)命令，是以一個字(word)為單位的，一個字包括16位(bit)，每一位(bit)代表一個遙控信號。每個遙控對象又有兩種操作狀態(如斷路器的分閘和合閘)。從上位機來的16位的遙控字(word)存到plc的cpu處理器通信適配器的寄存器的某個區(如400011)中，當操作員發出一個遙控命令時，相應的遙控位由0變為1，離散量基板上對應的輸出端被置為高電平，被控制的斷路器受電動作。通過設置讓輸出端的高電平維持2秒鐘，以確保斷路器操作機構動作使斷路器跳閘或合閘。

　　由于plc模擬塊是低電壓低電流輸入，而控制回路電壓電流比較大，因此需要用繼電器來進行電氣隔離放大。

　　3.3 下位機遙信(yx)信號處理

　　遙信(yx)信號包括位置信號和非位置信號，位置信號包括斷路器和隔離開關的分、合狀態；非位置信號包括保護信號和故障信號的狀態。遙信信號是由momentum的離散量基板進行采集的，離散量基板把從現場設備送上來的16位離散的輸入數據以一個字(word)的方式傳送給cpu處理器通信適配器，再由cpu處理器與上位機建立通信、傳送數據。

　　3.4 下位機遙測(yc)信號處理

　　遙測信號是用8通道輸入差分基板采集的，我們采用的是平均值變送器，把控制柜一次回路中的交流電壓和電流以直流平均值表示，再輸入到模擬量基板中。基板的8輸入通道是為8個模擬量輸入提供的，每個模擬量占用一個通道，每個輸入通道對應一個輸入字(word)；由于模擬量aai基板上扣有momentum的cpu處理器適配器，因此由基板傳上來的模擬量信號直接存到cpu處理器的寄存器中供上位機讀取；而每個通道的輸入參數則通過concept中硬件配置中的i/o map進行設定。

　　3.5 上位機功能實現

　　上位機運用mcgs組態軟件主要實現以下的功能模塊：歡迎畫面、主畫面、系統運行記錄、設備配置圖、控制柜實況圖、電壓電流顯示圖、控制柜控制屏、事件記錄、報警記錄、模擬屏顯示、曲線、重載數據庫、程控操作、報警畫面、數據備份與恢復、模擬控制柜接線圖、系統幫助畫面。

　　采用mcgs自帶的數據庫的報表管理系統對整個控制系統產生的數據進行查詢、打印、轉出、計算、分析。該系統主要有以下功能：日報管理、月報管理、操作事件管理、異常事件管理、報警信息管理、圖形分析。

　　報表管理系統還具有豐富強大的電子制表功能。通過動態數據交換(dde)和odbc標準，可方便地將系統的實時數據、歷史數據庫、應用數據庫與報表系統鏈接，可生成柱形圖、條形圖、面積圖等二維或三維的彩色圖型，形成圖文并茂、直觀清晰的圖文報表，并可召喚、定時和條件驅動打印報表。

　　3.6 web功能實現

　　在本方案中，所采用的mcgs軟件為網絡板因此不需要任何特殊的配置，只要有一臺配置了web瀏覽器(如ie、netscape navigator)的pc機就可以通過以太網瀏覽到上位機的web 網頁。實時地顯示該上位機點的運行狀況。

4 結束語

　　本文介紹了基于plc的發信系統控制方案，并據此設計和建成了一個完整的監控系統。系統組網簡潔，軟件層次清晰并滿足可靠性和可擴展性。實現了對發射系統自動化、智能化的控制。