台达机电产品在铁路电力监控系统中的应用
摘要：本文主要论述了台达PLC和HMI以及各类扩展模块在某铁路项目的电力监控系统中的应用，其中涉及电力信号采集、数据运算处理、数据通讯、逻辑开关量控制等。
关键词：数据采集、浮点数、ASCII码、报警、RS通讯。
一、引言
工控产品在大型自动化控制系统中的应用向来讲究的是功能强大、性能稳定、故障率低。而作为主控设备和上位机的PLC和HMI在其中更是起着举足轻重的作用，分担着整个控制系统中大部分的执行和监控任务。在电力监控系统中，主控设备须根据系统中的电压、电流、频率等信号值对整个电力系统中执行机构的动作进行准确控制、并由上位机对这些信号数据进行实时监控。
二、系统构架：
1， 整个监控系统分成两个监控柜:A柜和B柜，具体的电控配置如下表
A: | 个数 | B: | 个数 | |||
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 |
监控系统工作原理示意图
图1 |
三、控制系统说明：
1. 如图1所示，在A屏和B屏上，PLC通过DI和AI模块读取众多故障报警信号（开关量）和铁路系统中的电流、电压或频率信号（模拟量A/D转换）。例如下表
告警信号
PLC接线端 | 告警条件 | 告警内容 | 备注 | |
X0 | A屏1QF | 1KM、2KM 切换正常，1QF断开 | A屏1QF断开 | m100 |
X1 | A屏2QF | 1KM、2KM 切换正常，2QF断开 | A屏2QF断开 | m101 |
X2 | A屏3QF | 1KM、2KM 切换正常，3QF断开 | A屏3QF断开 | m102 |
X3 | A屏4QF | 1KM、2KM 切换正常，4QF断开 | A屏4QF断开 | m103 |
X4 | A屏5QF | 1KM、2KM 切换正常，5QF断开 | A屏5QF断开 | m104 |
电力参数信号：
PLC内部地址 | 名称 | 额定值 | 报警上下限 | 接线通道 |
D200 | 一路输入A相电压D200 | AC220V | 170～260 | CH1(04AD-1) |
D201 | 一路输入B相电压D201 | AC220V | 170～260 | CH2(04AD-1) |
D202 | 一路输入C相电压D202 | AC220V | 170～260 | CH3(04AD-1) |
D203 | 一路输入频率D203 | 50HZ | 45～55 | CH4(04AD-1) |
D204 | 二路输入A相电压D204 | AC220V | 170～260 | CH1(04AD-2) |
D205 | 二路输入B相电压 | AC220V | 170～260 | CH2(04AD-2) |
D206 | 二路输入C相电压 | AC220V | 170～260 | CH3(04AD-2) |
D207 | 二路输入频率 | 50HZ | 45～55 | CH4(04AD-2) |
2. HMI通过COM1和COM2两个RS232端口分别监控A柜和B柜上的PLC，对系统中的电力信号进行实时的监控，同时根据开关量信号输入、利用宏指令实现对系统运行状况的各类告警提示,并记录历史告警信息。如下图:
3. 电力系统现场监控与操作是通过HMI来实现的，但同时系统中的这一系列参数也都必须传输到PC机上，实现数据采集、分类统计和显示的功能。PC机端的数据采集软件已经由用户开发好，无法更改，如下图.
图2 |
4. 该软件的数据采集原则为“只收不发”，且仅接收符合一定协议的数据（参数格式必须为浮点数，以ASCII码格式传输），其他格式的数据均无法采集和显示。例如：
5. 这样，在PLC这端就必须满足几点：浮点数、ASCII数据转换、数据只发不收。同时根据数据采集软件的数据格式定义，A柜和B柜中的参数必须进行一定规则的组合分类；将重组后的数据发送到PC上，才算有效。否则要么造成PC端软件采集不到正确数据，无法正常显示；要么PLC端程序出现通讯错误。
6. 根据上述的特点，决定采取以下方式进行数据采集：
--如图1所示，A柜PLC先通过RS485端口以MODBUS协议通讯方式读取B柜PLC内的相关参数。
--在A柜PLC中，将A柜和B柜中的相关电力参数转换为浮点数并进行重新组合。
浮点数转换：
高低字节交换：
--将组合整理后的数据转换城ASCII码格式，并根据采集软件所支持的协议格式加上“头码”、“命令字”、“校验和”、“尾码”等。
--如图1所示，A柜PLC通过RS485端口，使用RS指令将数据发送给PC，同时将接收数据长度设为0，实现数据“只发不收”；由于数据长度非常长，而RS指令一次最多只能发送255字节；故需要分多次RS指令进行发送。
--最后如图2所示，只要PC端接收的数据符合自身的协议格式，数据采集软件就会自动在空白区域显示出所接收到的数据，并在如“系统输入模拟量数据”、“告警状态”等数据区块显示出相应电力参数值。
7. PLC中不断重复上述数据采集动作，就可以在PC机上实时显示系统当前的电力参数了。达到电力系统参数及时监控和收集的效果。
四、小结
该系统经过数周的调试和完善后得到客户的满意验收。总的来说，该系统数据量大，HMI上的监控页面达到80多页；为了保证HMI于PLC的通讯速度，一般单页面上放的监控装置不宜太多。最大的难点在于将电力参数由PLC发给PC端采集软件；由于数据量大，且协议格式复杂，所以在PLC程序中必须仔细编写协议数据并严格安排每笔通讯数据的时序关系，防止数据错位或混乱。
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