PLC在發(fā)信系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言

　　發(fā)信系統(tǒng)調(diào)度中心完成對(duì)發(fā)信系統(tǒng)高壓設(shè)備的控制、監(jiān)測(cè)、狀態(tài)和工作參數(shù)顯示、故障提示，同時(shí)完成與發(fā)信系統(tǒng)其他控制設(shè)備通信等功能。由plc構(gòu)成的控制柜在線采集運(yùn)行數(shù)據(jù)和確定運(yùn)行狀態(tài)，并將它們傳輸至調(diào)度中心，控制柜接收調(diào)度中心指令對(duì)發(fā)信系統(tǒng)的設(shè)備實(shí)施控制，構(gòu)成完整的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)施對(duì)發(fā)信系統(tǒng)多種設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、測(cè)量，實(shí)現(xiàn)無人值守，對(duì)各種瞬間發(fā)生的電氣事故進(jìn)行分析判斷，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)眾多電氣數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)處理。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　基于plc設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：1 設(shè)置在調(diào)度中心的操作終端設(shè)備；2 分布在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的五個(gè)控制柜；3 數(shù)據(jù)傳輸通道。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框

　　由圖1看出：系統(tǒng)包括上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。上位機(jī)是指調(diào)度中心的1＃cpc、2＃cpc(操作終端)，其中包括hmi(human machine interfa -ce)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，功能是遙控操作，遙信、遙測(cè)顯示及數(shù)據(jù)報(bào)表統(tǒng)計(jì)，記錄事故分析等。而下位機(jī)是指數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及各種智能控制設(shè)備，在這里指的是plc控制箱和5個(gè)控制柜。　　

　　2.1 由plc模塊構(gòu)成的控制柜

　　下位機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備是采用plc構(gòu)成的五個(gè)控制柜。該方案采用模塊式結(jié)構(gòu)，可根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行靈活配置和可以擴(kuò)展。采用plc的控制柜基于幾點(diǎn)考慮：

　　(1)系統(tǒng)為閉環(huán)監(jiān)控工作方式，對(duì)于控制過程的安全性要求較高；

　　(2)plc具有高可靠性和極強(qiáng)的抗干擾能力；

　　(3)模塊化配置實(shí)現(xiàn)多功能擴(kuò)展。

　　2.2 plc 編程軟件

　　plc編程用基于microfost windows環(huán)境的編程軟件gx developer v8.26開發(fā)。以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)通信、系統(tǒng)故障診斷等功能。gx developer v8.26符合iec-1131-3 編程語言標(biāo)準(zhǔn)，有梯形圖、順序功能圖、功能塊圖、結(jié)構(gòu)化文本、指令表。gx developer v8.26t提供了實(shí)用簡(jiǎn)單友好的用戶界面，有豐富的編譯工具、強(qiáng)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(duì)modicon tsx momentum(模塊式momentum plc組板)構(gòu)成的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的程序編寫、軟件調(diào)試、系統(tǒng)維護(hù)十分簡(jiǎn)單。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)上位機(jī)采用mcgs(monitor and control generated system)組態(tài)軟件、mcgs是一套基于windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于microsoft windows 95/98/me/nt/2000等操作系統(tǒng)。mcgs為用戶提供了解決實(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。mcgs具有操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，在石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域已進(jìn)行了成功應(yīng)用。目前，mcgs組態(tài)軟件具有整個(gè)工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的從設(shè)備采集、工作站數(shù)據(jù)處理和控制、上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理和web瀏覽的所有功能，很好的實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制一體化的功能。使用mcgs，可以在短時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定、功能全面、維護(hù)量小并且具備專業(yè)水準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作。

　　2.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的開環(huán)總線以太網(wǎng)配置。這樣不僅降低了成本，方便布線，易于擴(kuò)展；而且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上保證了信息傳輸?shù)陌踩裕軐?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分流，從而減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。其網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)為ieee802.3；傳輸速率為10mbps。整個(gè)系統(tǒng)采用10/100m以太網(wǎng)交換機(jī)形成自適應(yīng)以太網(wǎng)通信。

　　控制柜設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸采用plc專用網(wǎng)絡(luò)melsecnet/h組成控制層網(wǎng)，melsecnet/h網(wǎng)絡(luò)是通過光纖連接plc控制器與plc控制器的專用網(wǎng)絡(luò)，通過使用高速通信和大容量的鏈接軟元件，在控制系統(tǒng)設(shè)備之間實(shí)時(shí)地傳遞和設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)、動(dòng)作相關(guān)的數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)25mbps的高速通信，光纖采用雙重回路提高了系統(tǒng)冗余性和可靠性。

　　上位機(jī)與下位機(jī)的通信是監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵。我們選用mcgs的設(shè)備構(gòu)件用于實(shí)現(xiàn)以態(tài)網(wǎng)模塊(qj71e71-100)和三菱q系列plc通訊。三菱q系列tcp/ip設(shè)備構(gòu)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(shù)據(jù)讀入到mcgs的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，只寫通道用于把mcgs實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)寫入到plc中，讀寫則可以從plc中讀數(shù)據(jù)，也可以往plc中寫數(shù)據(jù)。

　　通信網(wǎng)絡(luò)采用主從方式定時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)，上位機(jī)定義為主設(shè)備，下位機(jī)五個(gè)控制柜所有智能監(jiān)控裝置定義為從設(shè)備，只有主設(shè)備能初始化或?qū)脑O(shè)備查詢。所有設(shè)備都有規(guī)定的ip地址或站地址，主設(shè)備按地址發(fā)布消息，從設(shè)備根據(jù)主設(shè)備查詢或提供的數(shù)據(jù)決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的監(jiān)控功能;同時(shí)當(dāng)系統(tǒng)故障，比如五個(gè)控制柜中有某一個(gè)從網(wǎng)絡(luò)中斷開，在主設(shè)備端馬上診斷出來，而當(dāng)故障修復(fù)后，網(wǎng)絡(luò)又可自動(dòng)接通，這樣有利于操作員進(jìn)行系統(tǒng)功能診斷。　　

3 系統(tǒng)工作過程

　　下位機(jī)從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集遙信及遙測(cè)信號(hào)，經(jīng)過一定的處理后存儲(chǔ)到plc的寄存器中供上位機(jī)讀取；同時(shí)接收上位機(jī)發(fā)送的遙控命令經(jīng)過處理后傳給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。而上位機(jī)則是負(fù)責(zé)從下位機(jī)讀取遙信量和遙測(cè)量，經(jīng)過處理后進(jìn)行顯示或生成報(bào)表等；同時(shí)根據(jù)操作員的需要發(fā)出遙控命令。下面分別介紹系統(tǒng)的具體工作過程。

　　3.1 系統(tǒng)通信

　　整個(gè)系統(tǒng)的通信都是基于ip地址的。

　　(1)上位機(jī)和下位機(jī)的通信，是通過為mcgs組態(tài)軟件的各個(gè)數(shù)據(jù)建立通信通道來實(shí)現(xiàn)的。

　　(2)下位機(jī)之間的通信：下位機(jī)之間的通信通過melsecnet/h網(wǎng)絡(luò)完成melsecnet/h網(wǎng)絡(luò)具有的ras功能，ras功能代表可靠性、可用性、可維修性。melsecnet/h網(wǎng)絡(luò)具備環(huán)路回送功能，在光纖環(huán)路系統(tǒng)中，傳送路徑是雙結(jié)構(gòu)，當(dāng)傳送路徑中發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，通過把傳送路徑從正向環(huán)路切換成反向環(huán)路或從反向環(huán)路切換成正向環(huán)路或進(jìn)行環(huán)路回送來斷開故障區(qū)，在仍然能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的站之間繼續(xù)正常傳送。

　　正常時(shí)使用正向環(huán)路或反向環(huán)路進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈接，如圖2所示。

圖2 melsecnet/h網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈接環(huán)路

　　異常時(shí)正向環(huán)路反向環(huán)路中出錯(cuò)，使用反向環(huán)路正向環(huán)路繼續(xù)數(shù)據(jù)鏈接，如圖3所示。

圖3 melsecnet/h網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈接環(huán)路

3.2 下位機(jī)接受遙控(yk)命令

　　上位機(jī)往下位機(jī)寫的遙控(yk)命令，是以一個(gè)字(word)為單位的，一個(gè)字包括16位(bit)，每一位(bit)代表一個(gè)遙控信號(hào)。每個(gè)遙控對(duì)象又有兩種操作狀態(tài)(如斷路器的分閘和合閘)。從上位機(jī)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(gè)區(qū)(如400011)中，當(dāng)操作員發(fā)出一個(gè)遙控命令時(shí)，相應(yīng)的遙控位由0變?yōu)?，離散量基板上對(duì)應(yīng)的輸出端被置為高電平，被控制的斷路器受電動(dòng)作。通過設(shè)置讓輸出端的高電平維持2秒鐘，以確保斷路器操作機(jī)構(gòu)動(dòng)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(jìn)行電氣隔離放大。

　　3.3 下位機(jī)遙信(yx)信號(hào)處理

　　遙信(yx)信號(hào)包括位置信號(hào)和非位置信號(hào)，位置信號(hào)包括斷路器和隔離開關(guān)的分、合狀態(tài)；非位置信號(hào)包括保護(hù)信號(hào)和故障信號(hào)的狀態(tài)。遙信信號(hào)是由momentum的離散量基板進(jìn)行采集的，離散量基板把從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備送上來的16位離散的輸入數(shù)據(jù)以一個(gè)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(jī)建立通信、傳送數(shù)據(jù)。

　　3.4 下位機(jī)遙測(cè)(yc)信號(hào)處理

　　遙測(cè)信號(hào)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(gè)模擬量輸入提供的，每個(gè)模擬量占用一個(gè)通道，每個(gè)輸入通道對(duì)應(yīng)一個(gè)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(hào)直接存到cpu處理器的寄存器中供上位機(jī)讀取；而每個(gè)通道的輸入?yún)?shù)則通過concept中硬件配置中的i/o map進(jìn)行設(shè)定。

　　3.5 上位機(jī)功能實(shí)現(xiàn)

　　上位機(jī)運(yùn)用mcgs組態(tài)軟件主要實(shí)現(xiàn)以下的功能模塊：歡迎畫面、主畫面、系統(tǒng)運(yùn)行記錄、設(shè)備配置圖、控制柜實(shí)況圖、電壓電流顯示圖、控制柜控制屏、事件記錄、報(bào)警記錄、模擬屏顯示、曲線、重載數(shù)據(jù)庫、程控操作、報(bào)警畫面、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)、模擬控制柜接線圖、系統(tǒng)幫助畫面。

　　采用mcgs自帶的數(shù)據(jù)庫的報(bào)表管理系統(tǒng)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、打印、轉(zhuǎn)出、計(jì)算、分析。該系統(tǒng)主要有以下功能：日?qǐng)?bào)管理、月報(bào)管理、操作事件管理、異常事件管理、報(bào)警信息管理、圖形分析。

　　報(bào)表管理系統(tǒng)還具有豐富強(qiáng)大的電子制表功能。通過動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換(dde)和odbc標(biāo)準(zhǔn)，可方便地將系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用數(shù)據(jù)庫與報(bào)表系統(tǒng)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(bào)表，并可召喚、定時(shí)和條件驅(qū)動(dòng)打印報(bào)表。

　　3.6 web功能實(shí)現(xiàn)

　　在本方案中，所采用的mcgs軟件為網(wǎng)絡(luò)板因此不需要任何特殊的配置，只要有一臺(tái)配置了web瀏覽器(如ie、netscape navigator)的pc機(jī)就可以通過以太網(wǎng)瀏覽到上位機(jī)的web 網(wǎng)頁。實(shí)時(shí)地顯示該上位機(jī)點(diǎn)的運(yùn)行狀況。

4 結(jié)束語

　　本文介紹了基于plc的發(fā)信系統(tǒng)控制方案，并據(jù)此設(shè)計(jì)和建成了一個(gè)完整的監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)組網(wǎng)簡(jiǎn)潔，軟件層次清晰并滿足可靠性和可擴(kuò)展性。實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)射系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化的控制。