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臺達機電產品在鐵路電力監控系統中的應用

中達電通股份有限公司

摘要：本文主要論述了臺達PLC和HMI以及各類擴展模塊在某鐵路項目的電力監控系統中的應用，其中涉及電力信號采集、數據運算處理、數據通訊、邏輯開關量控制等。

關鍵詞：數據采集、浮點數、ASCII碼、報警、RS通訊。

一、引言

工控產品在大型自動化控制系統中的應用向來講究的是功能強大、性能穩定、故障率低。而作為主控設備和上位機的PLC和HMI在其中更是起著舉足輕重的作用，分擔著整個控制系統中大部分的執行和監控任務。在電力監控系統中，主控設備須根據系統中的電壓、電流、頻率等信號值對整個電力系統中執行機構的動作進行準確控制、并由上位機對這些信號數據進行實時監控。

二、系統構架：

1，整個監控系統分成兩個監控柜:A柜和B柜，具體的電控配置如下表

A:		個數	B:		個數
DOP-A57CSTD	HMI	1	DVP20EH00R2	PLC	1
DVP20EH00R2	PLC	1	DVP08HM11N	PLC	1
DVP16HM11N	PLC	2	DVP16HM11N	PLC	1
DVP04AD-H2	PLC	6	DVP04AD-H2	PLC	8

監控系統工作原理示意圖

圖1

三、控制系統說明：

1. 如圖1所示，在A屏和B屏上，PLC通過DI和AI模塊讀取眾多故障報警信號（開關量）和鐵路系統中的電流、電壓或頻率信號（模擬量A/D轉換）。例如下表

告警信號

PLC接線端		告警條件	告警內容	備注
X0	A屏1QF	1KM、2KM 切換正常，1QF斷開	A屏1QF斷開	m100
X1	A屏2QF	1KM、2KM 切換正常，2QF斷開	A屏2QF斷開	m101
X2	A屏3QF	1KM、2KM 切換正常，3QF斷開	A屏3QF斷開	m102
X3	A屏4QF	1KM、2KM 切換正常，4QF斷開	A屏4QF斷開	m103
X4	A屏5QF	1KM、2KM 切換正常，5QF斷開	A屏5QF斷開	m104

電力參數信號：

PLC內部地址	名稱	額定值	報警上下限	接線通道
D200	一路輸入A相電壓D200	AC220V	170～260	CH1(04AD-1)
D201	一路輸入B相電壓D201	AC220V	170～260	CH2(04AD-1)
D202	一路輸入C相電壓D202	AC220V	170～260	CH3(04AD-1)
D203	一路輸入頻率D203	50HZ	45～55	CH4(04AD-1)
D204	二路輸入A相電壓D204	AC220V	170～260	CH1(04AD-2)
D205	二路輸入B相電壓	AC220V	170～260	CH2(04AD-2)
D206	二路輸入C相電壓	AC220V	170～260	CH3(04AD-2)
D207	二路輸入頻率	50HZ	45～55	CH4(04AD-2)

2. HMI通過COM1和COM2兩個RS232端口分別監控A柜和B柜上的PLC，對系統中的電力信號進行實時的監控，同時根據開關量信號輸入、利用宏指令實現對系統運行狀況的各類告警提示,并記錄歷史告警信息。如下圖:

3. 電力系統現場監控與操作是通過HMI來實現的，但同時系統中的這一系列參數也都必須傳輸到PC機上，實現數據采集、分類統計和顯示的功能。PC機端的數據采集軟件已經由用戶開發好，無法更改，如下圖.

圖2

4. 該軟件的數據采集原則為“只收不發”，且僅接收符合一定協議的數據（參數格式必須為浮點數，以ASCII碼格式傳輸），其他格式的數據均無法采集和顯示。例如：

5. 這樣，在PLC這端就必須滿足幾點：浮點數、ASCII數據轉換、數據只發不收。同時根據數據采集軟件的數據格式定義，A柜和B柜中的參數必須進行一定規則的組合分類；將重組后的數據發送到PC上，才算有效。否則要么造成PC端軟件采集不到正確數據，無法正常顯示；要么PLC端程序出現通訊錯誤。

6. 根據上述的特點，決定采取以下方式進行數據采集：

--如圖1所示，A柜PLC先通過RS485端口以MODBUS協議通訊方式讀取B柜PLC內的相關參數。

--在A柜PLC中，將A柜和B柜中的相關電力參數轉換為浮點數并進行重新組合。

浮點數轉換：

高低字節交換：

--將組合整理后的數據轉換城ASCII碼格式，并根據采集軟件所支持的協議格式加上“頭碼”、“命令字”、“校驗和”、“尾碼”等。

--如圖1所示，A柜PLC通過RS485端口，使用RS指令將數據發送給PC，同時將接收數據長度設為0，實現數據“只發不收”；由于數據長度非常長，而RS指令一次最多只能發送255字節；故需要分多次RS指令進行發送。

--最后如圖2所示，只要PC端接收的數據符合自身的協議格式，數據采集軟件就會自動在空白區域顯示出所接收到的數據，并在如“系統輸入模擬量數據”、“告警狀態”等數據區塊顯示出相應電力參數值。

7. PLC中不斷重復上述數據采集動作，就可以在PC機上實時顯示系統當前的電力參數了。達到電力系統參數及時監控和收集的效果。

四、小結

該系統經過數周的調試和完善后得到客戶的滿意驗收。總的來說，該系統數據量大，HMI上的監控頁面達到80多頁；為了保證HMI于PLC的通訊速度，一般單頁面上放的監控裝置不宜太多。最大的難點在于將電力參數由PLC發給PC端采集軟件；由于數據量大，且協議格式復雜，所以在PLC程序中必須仔細編寫協議數據并嚴格安排每筆通訊數據的時序關系，防止數據錯位或混亂。

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