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        PLC 在電量無線監(jiān)測控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

        2024-04-05 12:56:06付奕杰
        中國設(shè)備工程 2024年4期
        關(guān)鍵詞:后備電源無線

        付奕杰

        (沈陽化工大學(xué),遼寧 沈陽 110142)

        無線視頻監(jiān)控技術(shù)的迅速發(fā)展和工業(yè)化生產(chǎn)改革創(chuàng)新的不斷推進(jìn),為企業(yè)生產(chǎn)管理模式的突破帶來了技術(shù)應(yīng)用和制度保障。它表現(xiàn)在兩方面:工業(yè)化生產(chǎn)的準(zhǔn)確性、安防監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性。安全監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)尤其依賴現(xiàn)代技術(shù)。管理人員和研究人員愈來愈關(guān)注如何正確使用高科技技術(shù),創(chuàng)造良好的工作氛圍,如何更好地為管理人員帶來穩(wěn)定、個性化自動控制系統(tǒng)軟件。

        1 無線監(jiān)測控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

        隨著研發(fā)技術(shù)的飛速發(fā)展,供配電系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)正向著自動化、精密化方向發(fā)展。加拿大的電力安裝工程精確測量有限責(zé)任公司(Power Measurement Ltd.)前沿的電力安裝工程綜合監(jiān)控儀器設(shè)備搭載了所有的系統(tǒng)的搜集、傳輸、監(jiān)控和交互通信。根據(jù)對脈沖信號的智能分析,計算機(jī)繼電器的預(yù)警概念得到了改進(jìn)。此外,不同地區(qū)使用的技術(shù)方法和完成措施也不相同,特別是成本。供配電系統(tǒng)的無線視頻監(jiān)控近些年蓬勃發(fā)展,其維護(hù)管理措施。供配電系統(tǒng)技術(shù)人員越來越重視科研等方面。該技術(shù)對供配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要意義,是提高供配電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)收益和社會經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵所在保證。隨著傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)等相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展和無線技術(shù)發(fā)展,系統(tǒng)自動電力安裝工程管控愈來愈多。

        工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展經(jīng)驗RS-232 到RS-485 到工業(yè)以太網(wǎng),工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)通信在通信速度、便捷性、可靠性和可靠性方面發(fā)展和更新快速,對工控自動化的迅速發(fā)展起到很重要的作用。未來工業(yè)生產(chǎn)互聯(lián)網(wǎng)的普及中,以太網(wǎng)通信將以非??斓乃俣热〈恍┕I(yè)生產(chǎn)通信技術(shù),成為主流通信技術(shù)。而由于每個廠商都有自己的以太網(wǎng)技術(shù),不能相互溝通,就導(dǎo)致了工業(yè)應(yīng)用的具體通信協(xié)議。該系統(tǒng)的未來規(guī)劃是為大型工業(yè)客戶建立物聯(lián)網(wǎng),僅限于當(dāng)前的服務(wù)支持和分析判斷RS-485串口通信。

        2 系統(tǒng)工作原理及設(shè)計方案

        2.1 系統(tǒng)工作原理

        該系統(tǒng)的工作原理是向電氣設(shè)備添加后備電源。當(dāng)系統(tǒng)的平均負(fù)載在15 分鐘內(nèi)超過閘閥值時,轉(zhuǎn)換為后備電源,而不是主電源:在接下來的15 分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)換為主電源。

        2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

        本文定制的自動控制系統(tǒng)由可編程系統(tǒng)組成(PLC)。電量傳感器、開關(guān)電源電路、Zambezi、控制模塊、由后備電源和工業(yè)觸摸屏構(gòu)成。

        系統(tǒng)選用上位機(jī)下位機(jī)構(gòu),上位機(jī)由PC 機(jī)和西門子系統(tǒng)KTP700BasicPN 由觸摸顯示屏構(gòu)成,下位機(jī)挑選西門子系統(tǒng)S7-1200 系列產(chǎn)品PLC。上位機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的指令輸入和狀態(tài)監(jiān)控。下位機(jī)接收電控制器傳送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理和分析,控制開關(guān)電源電路切割后備電源,包含電控制器和PLC 之間選用Mod bus 通信協(xié)議。上下機(jī)之間使用Zambezi 實現(xiàn)系統(tǒng)無線監(jiān)控的數(shù)據(jù)傳輸模塊。

        無線監(jiān)控系統(tǒng)包含電力監(jiān)控系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)主要是由電力工程控制器和監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成PLC 構(gòu)成。其功能是通過電力工程控制器收集電力設(shè)備的功能損耗RS-485 接線收集信息上發(fā)送給PLC,并通過Zambezi 控制模塊傳送到監(jiān)控系統(tǒng),為后備電源切割提供準(zhǔn)確的控制依據(jù)。監(jiān)控系統(tǒng)包含PC 機(jī)和西門子系統(tǒng)KTP700BasicPN 觸摸顯示屏包含工業(yè)觸摸屏和監(jiān)控大屏。監(jiān)控屏可實時監(jiān)控系統(tǒng)的實際值和后備電源的運(yùn)行參數(shù),提前實現(xiàn)預(yù)警、記錄等功能。

        自動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵在于PLC。通過工業(yè)觸摸屏可以直接制定目標(biāo)值(最大要求),PLC 控制繼電器組,后控制后備電源的切割,節(jié)約資源。

        3 無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

        如今,近距遠(yuǎn)程通信技術(shù)應(yīng)用分為三大類,即Wi-Fi 通訊技術(shù)、藍(lán)牙通信技術(shù)及Zambezi 通訊技術(shù)。這幾種近距無線通信技術(shù)在實踐應(yīng)用中各有優(yōu)缺點。

        3.1 藍(lán)牙通信技術(shù)

        藍(lán)牙通信技術(shù)應(yīng)用是一類面對外部敞開式無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊技術(shù)應(yīng)用,視頻音頻語音通訊技術(shù)應(yīng)用。根據(jù)低成本的短距離無線網(wǎng)絡(luò)連接,創(chuàng)造了一個獨特的短距離通信網(wǎng)絡(luò)自然環(huán)境,用于固定和移動終端和無線技術(shù)連接。藍(lán)牙實現(xiàn)了便攜式移動終端和計算機(jī)設(shè)備,無須電纜連接到網(wǎng)絡(luò),便可連接。

        3.2 Wi-Fi 通信技術(shù)

        Wi-Fi 通訊技術(shù)符合國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11.這是目前最常見的短距離無線通信技術(shù)。通信網(wǎng)絡(luò)間距通常為十多米,速率可以達(dá)到450 米Mbps,基本可以達(dá)到任何近距遠(yuǎn)程通信的需要。除此之外,“Wi-Fi 驗證”是向后兼容的。它在世界各地設(shè)定了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。與手機(jī)不同,它們是兼容的。世界上任何地方的設(shè)備和設(shè)備都能正常工作。Wi-Fi 有線通信網(wǎng)絡(luò)間距,可靠性差,損耗大,互聯(lián)網(wǎng)能力較差,安全系數(shù)差。

        3.3 Zambezi 通信技術(shù)

        Zambezi 是根據(jù)IEEE802.1.54 低能耗局域網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議。協(xié)議開發(fā)和定制集成IC 無線互聯(lián)網(wǎng)在銷售市場上具有廣闊的應(yīng)用前景。這是一種非常容易使用的無線通信技術(shù)。可廣泛應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。Zambezi 通信網(wǎng)絡(luò)功能消耗低,規(guī)模大,工作頻段靈活。

        藍(lán)牙技術(shù),Wi-Fi 通訊技術(shù)和Zambezi 技術(shù)應(yīng)用功能在一定程度上是互補(bǔ)的。上述無線監(jiān)控系統(tǒng)主要用于主后備電源,功能損耗和傳輸速度不太高,需要一定的傳輸距離,因此應(yīng)用Zambezi 通訊技術(shù)。在這個系統(tǒng)中。Zambezi 該控制模塊采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),配置協(xié)調(diào)器和終端(監(jiān)控終端),負(fù)責(zé)匯總終端信息。通過西門子系統(tǒng)系列產(chǎn)品通信模塊和PLC 通訊,搜集PLC 中傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù),協(xié)調(diào)器與上位機(jī)連接,終端返回的數(shù)據(jù)顯示在上位機(jī)屏幕上,供工作人員監(jiān)控。

        4 監(jiān)測控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

        闡述了大型工業(yè)顧客無線視頻監(jiān)控的程序開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)和計劃方案PLC 主要包含程序開發(fā)平臺和軟件開發(fā)平臺PLC組態(tài)軟件及感應(yīng)器通信軟件編程及監(jiān)控管理平臺界面。

        4.1 軟件總體設(shè)計及設(shè)計原則

        4.1.1 軟件總體設(shè)計

        軟件的總體設(shè)計包括PLC 電感應(yīng)器通信程序,PLC控制程序編程和上位機(jī)軟件監(jiān)控軟件設(shè)計。在控制后備電源切割前,必須從電源傳感器數(shù)據(jù)中設(shè)計電源數(shù)據(jù)基礎(chǔ)PLC 與電傳感器的通信程序。控制技術(shù)PLC 具體工作是:電器設(shè)備啟動后,PLC 根據(jù)一定的計算和比較,當(dāng)15 分鐘內(nèi)實時數(shù)據(jù)大于閘閥值時,轉(zhuǎn)換為后備電源,15分鐘后轉(zhuǎn)換為主電源:15 分鐘內(nèi)未達(dá)到閘閥值時,主電源繼續(xù)供電。

        操縱系統(tǒng)軟件設(shè)計規(guī)定:(1)按照電源傳感器數(shù)據(jù)自動切割監(jiān)控設(shè)備。(2)根據(jù)監(jiān)控管理平臺控制技術(shù)中的所有執(zhí)行元件,配合監(jiān)控管理平臺。(3)能確保機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

        監(jiān)控管理平臺設(shè)計要求:(1)提供手動控制和自動控制監(jiān)控界面,使員工能夠快速控制技術(shù)中的機(jī)器,實現(xiàn)監(jiān)控設(shè)備的一鍵啟停。(2)提供參數(shù)設(shè)置頁面,使工作人員能夠根據(jù)工廠的實際需要和工作條件設(shè)置開關(guān)電路的動作閥值。(3)提供操作系統(tǒng)監(jiān)控界面,使工作人員能夠通過動態(tài)監(jiān)控界面立即查驗電器設(shè)備和后備電源工作狀態(tài)。(4)提供操作系統(tǒng)功耗信息查詢界面,使工作人員能夠查詢電器設(shè)備的即時功耗信息和歷史信息。

        4.1.2 軟件設(shè)計原則

        系統(tǒng)軟件設(shè)計要遵循下列標(biāo)準(zhǔn):(1)效率:操作系統(tǒng)的快速運(yùn)行關(guān)系到后備電源的及時切割,關(guān)系到操作系統(tǒng)能不能節(jié)省工廠用電。(2)穩(wěn)定性:程序開發(fā)需要確保操作系統(tǒng)隨時正常運(yùn)轉(zhuǎn)。(3)簡潔明了性:程序開發(fā)和開發(fā)的可執(zhí)行性,使員工能夠盡快掌握軟件操作原理,然后在未來擴(kuò)展程序。(4)穩(wěn)定:程序開發(fā)應(yīng)具有一定的容錯性,能夠警告和提醒人為誤操作,確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行(PLC 該程序有自己的安全設(shè)計,但并不意味著可以省略硬件的安全保護(hù)。(5)可擴(kuò)展性:程序開發(fā)需要擴(kuò)展空間,以便監(jiān)控設(shè)備能夠滿足未來的需程時,應(yīng)是每個控制模塊編寫單獨的程序段,以優(yōu)化每個程序段。(6)程序編寫時,應(yīng)設(shè)計調(diào)試點,便于調(diào)整。

        4.2 PLC 程序設(shè)計

        文中選擇以SIMATICSTEP7Basic/ProfessionalV15.1(其實就是TI A portal)對PLC(以下簡稱blog 地圖)。這是業(yè)內(nèi)首款選用統(tǒng)一工程模式和軟件項目環(huán)境的自動化軟件,幾乎適合所有自動化日常任務(wù)。借助新的工程設(shè)計軟件平臺,顧客可以快速直觀地開發(fā)和調(diào)整自動化系統(tǒng)。

        4.2.1 PLC 與電量傳感器的通訊程序設(shè)計

        大型工業(yè)顧客無線視頻監(jiān)控的基本功能是通過電力感應(yīng)器收集電力信息,獲得電力設(shè)備的功耗。所以,監(jiān)控設(shè)備的程序編寫首先要Mod bus 設(shè)置通信。

        該設(shè)備中PLC 用以電傳感RS-485 通信,RS-485 按照操作系統(tǒng)實際情況,選用主實際情況,應(yīng)用一種Mod bus_Comm_Load 通信組態(tài)軟件和- 個Mod bus_Master通信域名。根據(jù)相對較低的工作電壓需要,能增加處理芯片的使用期。RS-485 工作:邏輯性:“1”二者的電壓差為(2 ~6)V 表示。邏輯性“0”二者的電壓差為-(2 ~6)V 表示。接口信號電平比。RS-232 減少了不易損壞通信界面的處理芯片,脈沖信號友誼TTL 脈沖信號兼容,方便TTL 電路連接。

        4.2.2 PLC 端口分配

        在以上原則的基礎(chǔ)上,首先,對主端口進(jìn)行分配,運(yùn)用PLC 文中具體考慮到下列標(biāo)準(zhǔn):(1)完整性標(biāo)準(zhǔn)。最大限度地滿足操作系統(tǒng)工藝和機(jī)器的操縱規(guī)定。(2)穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。電子計算機(jī)控制技術(shù)靠譜、穩(wěn)定、平穩(wěn)。(3)效率原則。控制技術(shù)簡潔明了、實用性、科學(xué)合理。(4)發(fā)展原則??紤]到生產(chǎn)開發(fā)和優(yōu)化的需要。I/O 有一定的通信空間。

        4.3 PLC 的主程序設(shè)計

        計算后,系統(tǒng)選擇最佳電值PLC 分析閘閥值,即可設(shè)計準(zhǔn)備PLC 的程序。

        PLC 軟件準(zhǔn)備的原理是:電器設(shè)備啟動后,通信程序根據(jù)電力感應(yīng)器傳輸數(shù)據(jù),并與閘閥值進(jìn)行比較。當(dāng)電器設(shè)備的功耗數(shù)據(jù)接近閘閥值時,立即轉(zhuǎn)換為后備電源:15min 后,重啟時鐘,然后轉(zhuǎn)換為主電源;15min內(nèi)未達(dá)到閘閥值的,主電源繼續(xù)供電。

        感應(yīng)器傳送的信息主要有兩種用處,一種編譯程序到上位機(jī)軟件與員工實時監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控管理平臺;另一類是上位機(jī)軟件與員工實時監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控管理平臺;PLC 啟用源代碼后,按照結(jié)果判斷繼電器的動作。所以,源代碼操縱包括寄存器讀取、子程序調(diào)用、時鐘控制模塊、數(shù)據(jù)計算和比較程序。

        5 電能質(zhì)量問題及解決

        當(dāng)設(shè)計系統(tǒng)運(yùn)行后備電源斷裂時,失去主電源的支持,操作系統(tǒng)輸出功率起伏比較大,操作系統(tǒng)輸出功率調(diào)節(jié)功能偏弱,會有電能質(zhì)量分析難題:此外,后備電源的頻繁切割會導(dǎo)致系統(tǒng)電能質(zhì)量分析難題。由于上述考慮,操作系統(tǒng)需要處理電能質(zhì)量分析難題,精確測量電能質(zhì)量分析最主要的指數(shù)是變壓器損耗。所以,在實驗過程中,操作系統(tǒng)根據(jù)電力感應(yīng)器加強(qiáng)對電器設(shè)備工作電壓的監(jiān)測,并立即傳送到人機(jī)界面。

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