丁 軍

新一代 PLC不僅能實現(xiàn)一般的邏輯控制,還具備了包括模擬量在內(nèi)的數(shù)值處理和網(wǎng)絡(luò)通信等功能。通信能力的增強,使 PLC可通過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分布式系統(tǒng),從而便捷地完成復(fù)雜的控制要求。

1 64D半自動閉塞故障診斷系統(tǒng)要求

1.監(jiān)測半自動電路動作順序,發(fā)現(xiàn)錯誤故障及時報警。

2.監(jiān)測車站值班員辦理區(qū)間半自動操作程序和意圖,實時記錄并保留。

3.實時記錄兩車站之間半自動外線電壓值、脈沖極性,以確定外線斷線、混線等故障。

4.監(jiān)測繼電器勵磁、緩放和自保狀態(tài),以判斷繼電器故障和電容故障。

5.存儲線路電壓值、車站值班員辦理過程、繼電器動作順序、故障信息、歷史數(shù)據(jù)等,每條記錄信息附有相應(yīng)實時時鐘,供分析故障參考。

2 硬件組成

根據(jù) 64D半自動閉塞故障診斷系統(tǒng)的要求,確定該系統(tǒng)的硬件組成,主要包括中心處理單元、擴展模塊、人機界面、傳感器、輔助電源等。

1.中心處理單元采用 S7-200系列中的 CPU 224XPCN,該單元本身具有開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出接口,及 2個通信口,可以根據(jù)不同的要求,設(shè)置各自的通信速率,方便靈活。在滿足中央處理單元與人機界面通信的同時,還可以擴展與微機監(jiān)測或別的上位機的通信。

2.該系統(tǒng)監(jiān)測 16個開關(guān)量和 1個雙極性脈沖模擬量,因此需擴展 1個開關(guān)量模塊 EM221和1個模擬量模塊 EM231。

3.人機界面采用北京昆侖通態(tài)的面向現(xiàn)代工業(yè)的彩色觸摸式顯示屏,人機界面作為主站與 PLC實時通信,從 PLC中讀取各個變量的數(shù)值,經(jīng)過處理后非常直觀地把 PLC采集到的數(shù)據(jù)顯示出來,報警信息自動彈出,并記錄歷史信息,方便故障查找及分析。

4.傳感器將外線上傳輸?shù)恼?、?fù)脈沖電壓轉(zhuǎn)換為 -5～5V的標(biāo)準(zhǔn)信號,傳送給模擬量輸入擴展模塊 EM231進行 A/D轉(zhuǎn)換,然后通過 CPU進行數(shù)據(jù)處理。

5.輔助電源為各單元模塊及傳感器提供工作電源。

3 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計分為 PLC主控單元部分和人機界面上位顯示 2部分。

1.PLC部分需要完成以下幾個功能:監(jiān)測外線上的直流脈沖電壓、繼電器狀態(tài)及動作順序的正確性,監(jiān)測按鈕的狀態(tài),并且根據(jù)聯(lián)鎖關(guān)系,判斷是否有故障產(chǎn)生,輸出驅(qū)動聲光報警器,把采集的信息經(jīng)過處理在觸摸顯示屏上顯示出來。系統(tǒng)軟件功能框圖如圖 1所示。

圖 1 64D半自動閉塞故障診斷系統(tǒng)軟件功能框圖

被監(jiān)測量分為數(shù)字量和模擬量 2種,因此,在采集處理中也分為 2部分,繼電器狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)等利用 CPU模塊自帶的數(shù)字量輸入口和數(shù)字量擴展模塊進行采集;而外線電壓則利用擴展的模擬量擴展模塊 EM231進行采集,采集到的數(shù)字量不需處理,只需分配一定的地址空間即可;而模擬量則需進行濾波、轉(zhuǎn)換、顯示等多個環(huán)節(jié)的處理。除了硬件電路的濾波之外,在內(nèi)部程序處理中采用了“加權(quán)濾波”的濾波方式。PLC軟件的主程序采用S7-200PLC的順序控制指令 SCR、SCRT、SCRE,按照閉塞過程檢查各部分的狀態(tài)及運行情況是否正確,并且把采集到的繼電器狀態(tài)、按鈕狀態(tài)等開關(guān)量信息按照位 (bit)格式存放,外線電壓的脈沖值處理后按照字格式 (word)存放在 PLC的指定區(qū)域。

2.觸摸顯示屏需實現(xiàn)以下功能:通過通信電纜實時顯示作業(yè)過程、繼電器狀態(tài)、外線電壓以及當(dāng)前故障等信息。歷史記錄能夠滿足故障診斷要求,可記錄半自動閉塞的控制臺按鈕的動作過程、作業(yè)過程、外線電壓的歷史數(shù)值和歷史故障信息。每條記錄信息附有相應(yīng)實時時鐘。

觸摸屏顯示程序的編寫采用 MCGS組態(tài)軟件嵌入版,需要設(shè)置主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五大部分。

主控窗口主要設(shè)置運行和退出系統(tǒng),設(shè)置運行系統(tǒng)時只需在腳本程序中調(diào)用!SysWindow()函數(shù),設(shè)置系統(tǒng)退出時在菜單操作中選擇 “退出運行環(huán)境”即可。

設(shè)備窗口主要設(shè)置觸摸顯示屏與 PLC的通信功能,MCGS組態(tài)軟件嵌入版中有可供選擇的多個廠家的設(shè)備驅(qū)動,因此,設(shè)置設(shè)備窗口也較為簡單。首先選擇通用串口父設(shè)備,在其子菜單中選擇西門子 S7-200PPI,并且分別設(shè)置通信方式和 PLC中的各個變量類型已經(jīng)在 PLC中的地址,在系統(tǒng)運行時通過觸摸顯示屏便可以從 PLC中讀取數(shù)據(jù)。

用戶窗口可以根據(jù)用戶自己的需要,靈活地編輯各種畫面,并且可以在用戶畫面中采用多種表現(xiàn)形式直觀地顯示出各變量的數(shù)值或者狀態(tài),在圖形中定義好各個變量對應(yīng)的 PLC地址即可。圖 2所示為繼電器狀態(tài)圖,其中各個繼電器的狀態(tài)根據(jù)PLC中對應(yīng)數(shù)據(jù)的變化動態(tài)刷新。

圖 2 繼電器狀態(tài)

實時數(shù)據(jù)庫中添加系統(tǒng)中所有的變量,并且定義相應(yīng)的變量類型,設(shè)置報警優(yōu)先級和類型。

運行策略中設(shè)置系統(tǒng)中應(yīng)用到的各種策略,包括系統(tǒng)啟動、退出、報警、數(shù)據(jù)保存以及時間循環(huán)等,是系統(tǒng)中必不可少的一部分。

觸摸顯示屏從 PLC的固定地址中讀取各個變量的數(shù)據(jù),并且根據(jù)變量的變化,在觸摸顯示屏上動態(tài)的顯示。

4 結(jié)束語

西門子 S7-200PLC功能強大,編程方便,可靠性高,應(yīng)用靈活方便;觸摸屏顯示美觀,操作方便,組成的監(jiān)控系統(tǒng)簡單、緊湊、可靠。經(jīng)過現(xiàn)場測試及驗證,該系統(tǒng)非?？煽?完全能滿足對 64D半自動閉塞系統(tǒng)的監(jiān)測,適應(yīng)于現(xiàn)場的要求。

(責(zé)任編輯:陳寶安)