李朝暉

(新疆額河建管局，新疆北屯836000)

微機(jī)監(jiān)控現(xiàn)地控制解析

李朝暉

(新疆額河建管局，新疆北屯836000)

MB80型智能可編程控制器利用強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力的CPU，智能化的I/O模件，開放、標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口，強(qiáng)大的串口通訊功能，靈活可靠的雙機(jī)熱備冗余方案，抗干擾能力強(qiáng)的CANbus現(xiàn)場(chǎng)總線，開關(guān)量輸出模件采用密碼鎖較完美的實(shí)現(xiàn)了小型電站的綜合自動(dòng)化。

雙機(jī)雙網(wǎng);串口;以太網(wǎng);MBPro;上位機(jī);綜合自動(dòng)化

北疆某引水工程電站總裝機(jī)4×8000KW，2009年進(jìn)行了自動(dòng)化改造，對(duì)于中小型水電站采用了南瑞公司開發(fā)的MB80及MB40系列智能可編程控制器，雙機(jī)雙網(wǎng)的冗余配置，保證了系統(tǒng)的安全可靠性;智能的I/O模件增加了自診斷功能;開放、標(biāo)準(zhǔn)的通訊網(wǎng)絡(luò)支持多種通信規(guī)約;輸出密碼鎖保證了輸出不誤動(dòng)不拒動(dòng);標(biāo)準(zhǔn)的GPS時(shí)鐘接口;同種模件的標(biāo)準(zhǔn)化;功能強(qiáng)大的MBPro編程軟件，可以梯形圖編程，也可以流程圖編程，簡(jiǎn)單易學(xué)。這就構(gòu)成了實(shí)現(xiàn)電站自動(dòng)監(jiān)控最主要的現(xiàn)地控制單元。

1 硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 雙機(jī)系統(tǒng)

硬件由5部分組成:兩個(gè)MB80CPU612模件，一主一從，互為熱備用冗余配置，主從CPU故障自動(dòng)切換，雙路以太網(wǎng)互為冗余備用。CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、解釋執(zhí)行用戶程序、通訊等功能，自帶以太網(wǎng)接口可以直接接上位機(jī)系統(tǒng)。

1.2 I/O 模塊

I/O模塊主要完成I/O信號(hào)的采集及輸出，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行一定的預(yù)處理。I/O模塊通過(guò)CAN1總線和CPU模塊進(jìn)行通訊。

1.3 串口通訊模塊

串口采用MB80 CPM 418通訊模塊，能夠解決傳統(tǒng)現(xiàn)地控制裝置與CPU通訊功能偏弱的缺點(diǎn)。該通訊模塊的特點(diǎn)有:①只與CPU進(jìn)行串口通訊的數(shù)據(jù)交換，其余時(shí)間不占用CPU內(nèi)存資源;②模塊與CPU的數(shù)據(jù)交換使用CAN網(wǎng)的專用通道;③啟動(dòng)后CPU模塊進(jìn)行硬件自檢并自動(dòng)加載程序;④具有硬件Watchdog功能，且在發(fā)送故障后能夠自動(dòng)復(fù)位并重新啟動(dòng)。

1.4 以太網(wǎng)通訊模塊

采用10M/100M以太網(wǎng)接口，雙機(jī)雙網(wǎng)的冗余配置，便于多套PLC與上位機(jī)共同組成安全、可靠且高效的集中管理局域網(wǎng)系統(tǒng)。使用MB80 ETH 522以太網(wǎng)通訊模塊，此模塊可實(shí)現(xiàn)冗余系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份和PLC與上位機(jī)系統(tǒng)的以太網(wǎng)通訊。在雙微機(jī)冗余系統(tǒng)中，主從CPU通過(guò)以太網(wǎng)模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和同步執(zhí)行，當(dāng)主CPU模塊出現(xiàn)故障時(shí)，可實(shí)現(xiàn)主、從CPU控制權(quán)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。以太網(wǎng)模塊也可對(duì)外提供兩個(gè)100M以太網(wǎng)接口，用于連接上位機(jī)系統(tǒng)。

1.5 觸摸屏

MB80系列PLC可以連接智能型觸摸屏，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地的人機(jī)對(duì)接。智能型觸摸屏應(yīng)具備以下條件:①智能型觸摸屏，能夠訪問PLC寄存器地址;②提供RS—232串行通訊接口;③支持 Modicon Modbus(MASTER)通訊規(guī)約。

通訊方式:RS-232;波特率:300 bps～38400bps;校驗(yàn):無(wú)校驗(yàn)/奇校驗(yàn)/偶校驗(yàn);數(shù)據(jù)位:5/6/7/8;停止位:1/2。

2 編程軟件MBPro

MB系列的PLC均采用MBPro編程軟件，主要任務(wù)是對(duì)硬件進(jìn)行配置、定義I/O、編輯邏輯關(guān)系和聯(lián)機(jī)調(diào)試工作。軟件有如下特點(diǎn):

2.1 具有Windows操作風(fēng)格

MBPro編程軟件是用VC在Windows環(huán)境下編寫的，操作界面和Windows基本一致，具有標(biāo)準(zhǔn)的菜單欄、工具欄、快捷鍵操和鼠標(biāo)的操作也與Windows一致，使用簡(jiǎn)單操作方便。

2.2 典型的樹狀結(jié)構(gòu)

MBPro編程對(duì)文件管理采用樹狀結(jié)構(gòu)，點(diǎn)擊目錄欄+可查看硬件配置信息等;還可進(jìn)行梯形圖編程和流程圖編程的轉(zhuǎn)換，所以對(duì)編輯程序十分方便。

2.3 編程可靈活結(jié)合梯形圖與流程圖

該編程軟件可使用梯形圖或流程圖兩種語(yǔ)言相結(jié)合。我們根據(jù)需要同時(shí)使用兩種或其中一種，采用兩種語(yǔ)言混合編寫的程序之間可隨機(jī)調(diào)用，這樣便能滿足各種復(fù)雜工況下的控制要求。編輯時(shí)可對(duì)各功能模塊及功能框增減、移動(dòng)、定值設(shè)定等;能智能的判斷操作意圖，兩個(gè)功能模塊或功能框靠近時(shí)，自動(dòng)創(chuàng)建連線;當(dāng)抓取任意一個(gè)功能模塊或功能框時(shí)，與之連接的連線也隨之改變走向;若要?jiǎng)h除一個(gè)功能模塊或功能框，與它相連的所有連線也全部自動(dòng)刪除;具有Windows工具欄的剪切、復(fù)制、黏貼、刪除、撤消、恢復(fù)、查找、替換等標(biāo)準(zhǔn)操作按鈕［1］。

2.4 運(yùn)算控制功能

編程軟件內(nèi)嵌有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊，包括PID運(yùn)算的各種標(biāo)準(zhǔn)操作符、標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)運(yùn)算符、控制功能模塊等，此外還有脈沖量開出、主從機(jī)的故障自動(dòng)轉(zhuǎn)換、串口通訊等多功能模塊。

2.5 具有在線監(jiān)視功能

在聯(lián)機(jī)后，可以在線監(jiān)視梯形圖的執(zhí)行過(guò)程，連線呈紅色為通路，若為綠色則表示該回路不通，從而直觀監(jiān)視程序的執(zhí)行情況。

2.6 具備梯形圖在線修改功能

在聯(lián)機(jī)狀態(tài)，可以在線修改梯形圖功能塊的參數(shù)。

2.7 采用梯形圖編程

采用梯形圖編程簡(jiǎn)單方便，如:開關(guān)量輸入測(cè)點(diǎn)(I);開關(guān)量輸出測(cè)點(diǎn)(Q);模擬量輸入測(cè)點(diǎn)(AI);模擬量輸出測(cè)點(diǎn)(AQ);(T)定時(shí)器;(C)計(jì)數(shù)器。位寄存器(M);字寄存器(R);系統(tǒng)寄存器(S);常開線圈用符號(hào)()表示，(S)表示置位線圈，(R)表示復(fù)位線圈，常開接點(diǎn)用∣∣表示，常閉觸點(diǎn)用│/│表示，這些工具很容易記住，知道了這些基本工具，再利用電氣專業(yè)知識(shí)就可以進(jìn)行編程了。

舉例停機(jī)狀態(tài)的判斷:用位寄存器M33表示停機(jī)態(tài)，見圖1所示，只有斷路器分狀態(tài)、閘門全開、轉(zhuǎn)速＜5%，導(dǎo)葉全關(guān)等條件全部滿足時(shí)，M33被置1，表示當(dāng)前機(jī)組處于停機(jī)態(tài)，當(dāng)任一個(gè)條件不滿足時(shí)，M33為0，表示當(dāng)前非停機(jī)態(tài)。

而功能塊的使用又把梯形圖簡(jiǎn)單化了，流程圖與梯形圖的結(jié)合使得程序簡(jiǎn)單易懂。比如標(biāo)記為GT的大于運(yùn)算功能塊和調(diào)速器調(diào)速用的PID運(yùn)算功能塊等等，大大簡(jiǎn)化了梯形圖，使軟件維護(hù)、開發(fā)變得更容易。

圖1 判斷停機(jī)狀態(tài)梯形圖

再舉例如機(jī)端電壓＞85%Ue的判斷:用位寄存器M47表示U ＞85%Ue額定值，見圖2。VOLTAGE［0］、VOLTAGE［1］、VOLTAGE［2］分別表示線電壓Uab、Ubc、Uca，額定值為10.5 kV，85% 的額定值就是8.93 kV。通過(guò)3個(gè)大于型關(guān)系運(yùn)算功能塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，只有當(dāng)3個(gè)線電壓都＞8.93 kV時(shí)，M47被置1，表示當(dāng)前電壓＞85%額定值，否則M47為0，表示電壓≤85%。

圖2 判斷機(jī)端電壓＞85%Ue梯形圖

這種功能塊的應(yīng)用顯得更簡(jiǎn)單方便。又如開機(jī)到發(fā)電的順序控流程部分通過(guò)3個(gè)流程來(lái)實(shí)現(xiàn)，分別為停機(jī)到空轉(zhuǎn)，空轉(zhuǎn)到空載，空載到發(fā)電。M147為接收上位機(jī)下的發(fā)電控制命令后所置的控制標(biāo)志位。只有M147為1，即上位機(jī)下令后，才會(huì)執(zhí)行這段程序。如果當(dāng)前機(jī)組為停機(jī)態(tài)，就啟動(dòng)停機(jī)到空轉(zhuǎn)流程;當(dāng)機(jī)組為空轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，執(zhí)行空轉(zhuǎn)到空載流程;當(dāng)機(jī)組為空載態(tài)時(shí)，執(zhí)行空載到發(fā)電流程。每個(gè)Excel功能模塊只需執(zhí)行一次，否則會(huì)造成該順控流程多次啟動(dòng)。因此每個(gè)流程設(shè)一個(gè)執(zhí)行標(biāo)志M150、M151、M152，啟動(dòng)流程后執(zhí)行標(biāo)志設(shè)置為1，在操作完成后再將其清0，流程執(zhí)行過(guò)程中不再啟動(dòng)該流程。此功能也可通過(guò)正向變換觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于流程圖更是邏輯明確，需該過(guò)程原理便可編寫出流程圖，見圖3。最后舉個(gè)機(jī)組從空轉(zhuǎn)狀態(tài)到空載狀態(tài)的流程圖編程實(shí)例，見圖4。

流程圖對(duì)于熟悉開機(jī)過(guò)程的運(yùn)行人員來(lái)說(shuō)就是把操作票按邏輯編寫出來(lái)，開機(jī)正常走主線，否則走支線報(bào)警退出。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)MB80系列PLC的軟硬件學(xué)習(xí)，更好的掌握了微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是由一系列現(xiàn)地控制單元模塊的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，分析，調(diào)節(jié)輸出、指令執(zhí)行與近地、上位機(jī)通訊，從而實(shí)現(xiàn)電站對(duì)所有設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)視及遠(yuǎn)方控制即綜合自動(dòng)化。

圖3 開機(jī)發(fā)電順序控制流程圖

圖4 機(jī)組空轉(zhuǎn)狀態(tài)至空載狀態(tài)流程圖

［1］歐陽(yáng)全會(huì).小型水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)［J］.湖北水力發(fā)電，2002(03):60-61.

Analysis on On-site Control for Microcomputer Monitoring

LI Chao-hui
(Xinjiang E'he Construction and Management Bureau，Beitun 836000，China)

MB 80 is intelligent programmable controller using the powerful data processing ability of CPU，intelligent I/O module，open，standard Ethernet interface，powerful serial communication function，flexible and reliable dual hot redundancy scheme，strong anti-interference ability field CANbus.The password lock is used for the switch quantity output module，more perfectly realizing the comprehensive automation of small hydropower station.

Dual serial;gorge line;Ethernet network;MBPro;upper monitor，integrated automation

TV736

B

1007-7596(2014)05-0045-03

2013-12-11

李朝暉(1971-)，男，湖北浠水人，工程師，研究方向?yàn)殡娏ψ詣?dòng)化。