可編程控制器S7-200在PZXG系列智能電源屏上的應用

劉 萌

*西安鐵路局西安電務器材廠 助理工程師，710054 西安

PZXG系列智能電源屏要求實現遙測、遙信和遙控“三遙”功能，需要對屏內的電壓、電流等模擬信號進行取樣，對設備的運行、開關的分合、接觸器的吸落等數字信號進行監測，對采集到的模擬量和開關量進行分析，以判斷電源屏工作是否正常。如果電源屏工作異常，則需進行聲光報警，并在人機界面上把電源屏的各種參數集中顯示出來，同時將電源屏內的參數上傳給微機監測系統。

PLC監控系統采用集散式監控方式，由西門子S7-200系列作為主控單元，監測各電源屏的運行參數和工作狀態，同時與微機監測進行通信，上傳數據。PLC通過網絡連接，可實現與人機界面信息的傳送、交換、存儲和處理，兩者結合，構成一個功能較強的、完整的監測系統，并且具有較高的可靠性和很強的可擴展性。智能電源屏由多面屏組成，現以A屏、B屏、C屏3面屏為例說明。

1 硬件配置

現場PLC監控是現場與監控中心之間的橋梁和紐帶。由于現場一般無人值守，因此PLC的性能和質量對系統的可靠性影響很大。經充分論證，選用S7-200系列PLC具有較高的性能價格比，它具有功耗低、體積小、重量輕、易擴展、性能優等特點，非常適合現場監控。

智能屏監控系統包括了中央處理單元、擴展模塊、人機界面、傳感器、輔助電源等。

1．中央處理單元。采用 S7-200系列中的CPU222、CPU224和CPU226，CPU單元本身具有開關量輸入和輸出接口。C屏采用 CPU222，有1個通信口，可以實現屏間通信;A屏和B屏根據程序的大小采用CPU224或CPU226，有2個通信接口Port0和Port1，可以同時實現各屏之間以及電源屏與微機監測系統的通信，而且2個接口可以根據不同的要求，設置各自的通信速率，方便靈活。各屏之間用隨屏附帶的網絡通信電纜連接，網絡通信線和PLC的Port0口相連。A屏PLC的Port1口與觸摸屏連接，B屏PLC的Port1口預留給微機監測通信。

2．擴展模塊。根據各屏監測數據量的不同，可以增加相應的擴展模塊。常用的擴展模塊有模擬量輸入擴展模塊和數字量輸入擴展模塊，最多可以擴展7個模塊。模擬量輸入擴展模塊通過外圍回路輸入高電平 (或低電平)，由PLC判斷電源屏工作是否正常;數字量輸入擴展模塊將外圍設備輸入的電信號轉換成數字信號，以供PLC進行計算、判斷、比較和傳輸。

3．人機界面。采用面向現代工業的觸摸屏顯示屏，當主機與PLC進行實時通信時，人機界面可非常直觀的把PLC采集到的數據顯示出來，自動彈出報警信息，并對歷史故障信息作記錄，方便故障查找及分析。

4．傳感器。將各種電壓、電流量轉換為標準信號，傳送給模擬量輸入擴展模塊進行A/D轉換，然后通過CPU進行數據處理。

5．輔助電源。負責向PLC各單元模塊提供直流24V工作電源。

為提高系統的可靠性，各部分相對獨立，便于維護。PLC開關量輸入、輸出與現場之間隔離，模擬信號采用信號隔離器隔離，電源采用單獨開關電源供電，以減小電源噪聲，同時系統設置良好的接地。

2 系統軟件

PLC程序采用西門子SIMATIC指令系統，梯形圖語言編寫。為提高終端的抗干擾能力，軟件設計中采用了程序濾波、模塊檢測、數據校正等措施，保證控制操作的正確性和可靠性。程序設計采用模塊化、功能化結構，便于維護、擴展。對各個屏的程序編寫完成后，設置通信方式與通信速率，聯機即可整體運行。系統軟件需要完成以下幾個功能:①對屏內的電壓、電流監測;②對斷路器、接觸器、模塊的工作狀態進行監測;③報警判斷及驅動報警;④在觸摸屏上進行集中顯示;⑤把電源屏的各類信息周期性地采集傳送給微機監測系統，并且采用RS-485通信接口;⑥信息傳輸方式采用異步方式，起始位1位，數據位8位，停止位1位，無校驗;⑦數據傳輸速率采用4.8 kb/s，9.6 kb/s或19.2 kb/s。

智能電源屏采用多主機的組網方式。A屏、B屏為2個主站，采用CPU224或CPU226中央處理單元;C屏為從站，采用 CPU222。屏間采用NETW和NETR指令進行通信，A屏通過Port0，利用NETR指令將其他兩面屏的參數讀到本屏的數據緩沖區，再根據要求分區存放，然后觸摸屏通過Port1采集PLC中的數據并顯示。同樣，B屏通過NETR指令將A、C屏的數據讀到B屏的數據緩沖區，并發送至微機監測系統。

通信協議采用鐵道部公布的《鐵路信號智能電源屏與微機監測設備通信協議》，協議要求傳送的數據全部為ASCII碼，因此，要對傳輸之前的數據進行轉換，轉換之后的數據存放在數據緩沖區中，等待發送。協議的基本格式如表1所示。

表1 協議的基本格式表

系統軟件主要由下列程序模塊組成。

1．初始化程序:設定各寄存器、計數器、PLC工作模式、通信方式等參數初始值。

2．模塊檢測子程序:檢測PLC的故障信息、校驗信息。

3．數據通信子程序:完成與監控中心的各種通信功能。對各屏采集的模擬量、開關量數據進行讀寫。

4．程序濾波子程序:對各路模擬量數據進行采集、濾波、平均等處理。

5．報警處理子程序:檢測有無報警信息，確定故障點。

6．數據顯示子程序:對濾波后的模擬量數據進行轉換、計算等處理。

7．數據校正子程序:對模擬量數據進行計算，使得在人機界面上能夠進行數據校正。

3 應用效果

采用可編程控制器S7-200為控制系統的智能電源屏，具有操作簡單、控制可靠、故障率低、可靠性好、抗電氣干擾能力強、維護方便等優點。采用掃描式的工作方式，特別適合于邏輯控制要求較高的順序控制。現已在現場廣泛應用，滿足了用戶需求，深受用戶好評。