一種基于PLC技術的遠程電量監測系統的設計

李友堂++李佳茜++孟凡強++張亮

摘 要基于傳統電量監測模式的缺陷，本文設計了一套以S7-200 SMART PLC為主站控制核心，以EPC-9033智能監測模塊為從站的新型電量檢測系統。本系統主/從站之間利用Modbus協議組成通信網絡，實現了多模塊之間的輪詢通信。而控制器與PC機之間采用工業以太網通信，優化了通信方式。上位機利用西門子公司的WinCC組態軟件編寫制作了優良的人機交互界面。本系統是綜合了現代計算機技術、自動控制技術、通信技術以及WinCC用戶系統技術發展起來的一種通用的電量監測系統。

【關鍵詞】Modbus通信 WinCC 智能監測 遠程

1 系統結構

該系統以小型異步電動機作為用電設備，進而研究整個電路網絡中各電量參數的監測問題。該系統下位機以S7-200 SMART PLC為主站，多臺EPC-9033智能監測模塊為從站，主/從站之間通過Modbus RTU通信協議完成通信，利用step 7 smart 軟件編寫網絡配置，實現PLC與多臺EPC-9033智能模塊之間的輪詢功能與數據傳輸；控制器與PC機之間采用工業以太網通信，實現了電量的遠程監測，降低了設計成本；同時上位機采用西門子公司的WinCC組態軟件編寫了優良的人機交互界面，實現了對監測值的實時可視化處理，歸檔處理以及歷史數據查詢報表打印與報警等功能。系統結構如圖1所示。

2 監控系統設計

系統中每個用電設備配有一個智能監測模塊，該模塊可監測讀取電網中各電量參數。設置模塊通信方式選擇Modbus RTU通信協議，設置模塊通信地址為1、2、3、…，以及選擇傳輸波特率為9600bit/s，并以RS-485接線方式連接控制器PLC與監測模塊。利用上位機step 7 smart 軟件編寫網絡配置，如圖2為模塊通信參數程序設置，最終完成主從站之間的通信，實現數據的傳輸。

3 人機交互界面設計

該系統上位機采用西門子公司WinCC組態軟件設計。監測數據經由監測模塊傳入控制器PLC中，利用PC ACCESS軟件可以實現S7-200 SMART PLC中數據與WinCC的連接。如圖3所示，WinCC組態軟件可以實現整個系統人機交互界面的制作，同時通過該上位機軟件可以進行過程值歸檔、歷史數據查詢、實時曲線顯示、歷史曲線顯示、系統報警、報表打印等功能的操作。

由下位機傳入的數據，利用WinCC內置控件對其完成歸檔處理，可以人為確定歸檔周期（例如一個星期或一個月）。可根據實際需要利用WinCC內置工具對傳入數據曲線化處理，進行可視化分析。

在整個設備運行過程中，不可或缺的一個環節便是報警系統的設置。而在該設計中利用WinCC內置工具對各用電設備的電量參數進行了實時監測，當監測值超出安全值范圍時，監測畫面能及時顯示當前的電量參數值，并顯示紅色畫面預示報警，當系統正常運行時該系統顯示綠色畫面，以示系統正常運行。

為了方便企業工作人員對設備用電量的管理，該系統上位機界面中添加了數據查詢功能。可根據工作人員的實際統計要求，如按照時間段、用電量大小進行查詢等等，用VB腳本編寫數據查詢的程序，將存儲在數據庫中符合條件的數據查詢出來，并通過WinCC圖形編輯器中的MSFlexGrid控件顯示出來。根據實際生產生活需要，該項目中利用WinCC內置控件將歸檔的歷史數據導出到Excel表格中，可分別組態布局、以表格或圖形方式統計數據，從而完成報表設計，最終實現報表打印功能。

4 結束語

本設計利用Modbus通信協議組成通信網絡，實現了對電網電量參數的遠程實時多點測量；并利用優良的上位機界面，做到了對數據的存儲、分析與查詢。利用該新型電量監測系統可以使工作人員在值班室內就能實時了解整個現場的設備運行與電量監測情況，進而解放人力物力，大幅度提高生產生活中的實際工作效率。

作者簡介

李友堂 （1995-），男，甘肅省白銀市人。大學本科學歷。

作者單位

遼寧工業大學電氣工程學院 遼寧省錦州市 121000