基于西門子 S7-200PLC的64D半自動(dòng)閉塞故障診斷系統(tǒng)

丁 軍

新一代 PLC不僅能實(shí)現(xiàn)一般的邏輯控制,還具備了包括模擬量在內(nèi)的數(shù)值處理和網(wǎng)絡(luò)通信等功能。通信能力的增強(qiáng),使 PLC可通過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分布式系統(tǒng),從而便捷地完成復(fù)雜的控制要求。

1 64D半自動(dòng)閉塞故障診斷系統(tǒng)要求

1.監(jiān)測(cè)半自動(dòng)電路動(dòng)作順序,發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤故障及時(shí)報(bào)警。

2.監(jiān)測(cè)車站值班員辦理區(qū)間半自動(dòng)操作程序和意圖,實(shí)時(shí)記錄并保留。

3.實(shí)時(shí)記錄兩車站之間半自動(dòng)外線電壓值、脈沖極性,以確定外線斷線、混線等故障。

4.監(jiān)測(cè)繼電器勵(lì)磁、緩放和自保狀態(tài),以判斷繼電器故障和電容故障。

5.存儲(chǔ)線路電壓值、車站值班員辦理過程、繼電器動(dòng)作順序、故障信息、歷史數(shù)據(jù)等,每條記錄信息附有相應(yīng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘,供分析故障參考。

2 硬件組成

根據(jù) 64D半自動(dòng)閉塞故障診斷系統(tǒng)的要求,確定該系統(tǒng)的硬件組成,主要包括中心處理單元、擴(kuò)展模塊、人機(jī)界面、傳感器、輔助電源等。

1.中心處理單元采用 S7-200系列中的 CPU 224XPCN,該單元本身具有開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出接口,及 2個(gè)通信口,可以根據(jù)不同的要求,設(shè)置各自的通信速率,方便靈活。在滿足中央處理單元與人機(jī)界面通信的同時(shí),還可以擴(kuò)展與微機(jī)監(jiān)測(cè)或別的上位機(jī)的通信。

2.該系統(tǒng)監(jiān)測(cè) 16個(gè)開關(guān)量和 1個(gè)雙極性脈沖模擬量,因此需擴(kuò)展 1個(gè)開關(guān)量模塊 EM221和1個(gè)模擬量模塊 EM231。

3.人機(jī)界面采用北京昆侖通態(tài)的面向現(xiàn)代工業(yè)的彩色觸摸式顯示屏,人機(jī)界面作為主站與 PLC實(shí)時(shí)通信,從 PLC中讀取各個(gè)變量的數(shù)值,經(jīng)過處理后非常直觀地把 PLC采集到的數(shù)據(jù)顯示出來,報(bào)警信息自動(dòng)彈出,并記錄歷史信息,方便故障查找及分析。

4.傳感器將外線上傳輸?shù)恼?、?fù)脈沖電壓轉(zhuǎn)換為 -5～5V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),傳送給模擬量輸入擴(kuò)展模塊 EM231進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換,然后通過 CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

5.輔助電源為各單元模塊及傳感器提供工作電源。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)分為 PLC主控單元部分和人機(jī)界面上位顯示 2部分。

1.PLC部分需要完成以下幾個(gè)功能:監(jiān)測(cè)外線上的直流脈沖電壓、繼電器狀態(tài)及動(dòng)作順序的正確性,監(jiān)測(cè)按鈕的狀態(tài),并且根據(jù)聯(lián)鎖關(guān)系,判斷是否有故障產(chǎn)生,輸出驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器,把采集的信息經(jīng)過處理在觸摸顯示屏上顯示出來。系統(tǒng)軟件功能框圖如圖 1所示。

圖 1 64D半自動(dòng)閉塞故障診斷系統(tǒng)軟件功能框圖

被監(jiān)測(cè)量分為數(shù)字量和模擬量 2種,因此,在采集處理中也分為 2部分,繼電器狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)等利用 CPU模塊自帶的數(shù)字量輸入口和數(shù)字量擴(kuò)展模塊進(jìn)行采集;而外線電壓則利用擴(kuò)展的模擬量擴(kuò)展模塊 EM231進(jìn)行采集,采集到的數(shù)字量不需處理,只需分配一定的地址空間即可;而模擬量則需進(jìn)行濾波、轉(zhuǎn)換、顯示等多個(gè)環(huán)節(jié)的處理。除了硬件電路的濾波之外,在內(nèi)部程序處理中采用了“加權(quán)濾波”的濾波方式。PLC軟件的主程序采用S7-200PLC的順序控制指令 SCR、SCRT、SCRE,按照閉塞過程檢查各部分的狀態(tài)及運(yùn)行情況是否正確,并且把采集到的繼電器狀態(tài)、按鈕狀態(tài)等開關(guān)量信息按照位 (bit)格式存放,外線電壓的脈沖值處理后按照字格式 (word)存放在 PLC的指定區(qū)域。

2.觸摸顯示屏需實(shí)現(xiàn)以下功能:通過通信電纜實(shí)時(shí)顯示作業(yè)過程、繼電器狀態(tài)、外線電壓以及當(dāng)前故障等信息。歷史記錄能夠滿足故障診斷要求,可記錄半自動(dòng)閉塞的控制臺(tái)按鈕的動(dòng)作過程、作業(yè)過程、外線電壓的歷史數(shù)值和歷史故障信息。每條記錄信息附有相應(yīng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘。

觸摸屏顯示程序的編寫采用 MCGS組態(tài)軟件嵌入版,需要設(shè)置主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五大部分。

主控窗口主要設(shè)置運(yùn)行和退出系統(tǒng),設(shè)置運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)只需在腳本程序中調(diào)用!SysWindow()函數(shù),設(shè)置系統(tǒng)退出時(shí)在菜單操作中選擇 “退出運(yùn)行環(huán)境”即可。

設(shè)備窗口主要設(shè)置觸摸顯示屏與 PLC的通信功能,MCGS組態(tài)軟件嵌入版中有可供選擇的多個(gè)廠家的設(shè)備驅(qū)動(dòng),因此,設(shè)置設(shè)備窗口也較為簡(jiǎn)單。首先選擇通用串口父設(shè)備,在其子菜單中選擇西門子 S7-200PPI,并且分別設(shè)置通信方式和 PLC中的各個(gè)變量類型已經(jīng)在 PLC中的地址,在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)通過觸摸顯示屏便可以從 PLC中讀取數(shù)據(jù)。

用戶窗口可以根據(jù)用戶自己的需要,靈活地編輯各種畫面,并且可以在用戶畫面中采用多種表現(xiàn)形式直觀地顯示出各變量的數(shù)值或者狀態(tài),在圖形中定義好各個(gè)變量對(duì)應(yīng)的 PLC地址即可。圖 2所示為繼電器狀態(tài)圖,其中各個(gè)繼電器的狀態(tài)根據(jù)PLC中對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的變化動(dòng)態(tài)刷新。

圖 2 繼電器狀態(tài)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中添加系統(tǒng)中所有的變量,并且定義相應(yīng)的變量類型,設(shè)置報(bào)警優(yōu)先級(jí)和類型。

運(yùn)行策略中設(shè)置系統(tǒng)中應(yīng)用到的各種策略,包括系統(tǒng)啟動(dòng)、退出、報(bào)警、數(shù)據(jù)保存以及時(shí)間循環(huán)等,是系統(tǒng)中必不可少的一部分。

觸摸顯示屏從 PLC的固定地址中讀取各個(gè)變量的數(shù)據(jù),并且根據(jù)變量的變化,在觸摸顯示屏上動(dòng)態(tài)的顯示。

4 結(jié)束語

西門子 S7-200PLC功能強(qiáng)大,編程方便,可靠性高,應(yīng)用靈活方便;觸摸屏顯示美觀,操作方便,組成的監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)單、緊湊、可靠。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及驗(yàn)證,該系統(tǒng)非?？煽?完全能滿足對(duì) 64D半自動(dòng)閉塞系統(tǒng)的監(jiān)測(cè),適應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)的要求。

(責(zé)任編輯:陳寶安)