基于西門子 S7-200PLC的64D半自動閉塞故障診斷系統

丁 軍

新一代 PLC不僅能實現一般的邏輯控制,還具備了包括模擬量在內的數值處理和網絡通信等功能。通信能力的增強,使 PLC可通過網絡構成分布式系統,從而便捷地完成復雜的控制要求。

1 64D半自動閉塞故障診斷系統要求

1.監測半自動電路動作順序,發現錯誤故障及時報警。

2.監測車站值班員辦理區間半自動操作程序和意圖,實時記錄并保留。

3.實時記錄兩車站之間半自動外線電壓值、脈沖極性,以確定外線斷線、混線等故障。

4.監測繼電器勵磁、緩放和自保狀態,以判斷繼電器故障和電容故障。

5.存儲線路電壓值、車站值班員辦理過程、繼電器動作順序、故障信息、歷史數據等,每條記錄信息附有相應實時時鐘,供分析故障參考。

2 硬件組成

根據 64D半自動閉塞故障診斷系統的要求,確定該系統的硬件組成,主要包括中心處理單元、擴展模塊、人機界面、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量輸入和開關量輸出接口,及 2個通信口,可以根據不同的要求,設置各自的通信速率,方便靈活。在滿足中央處理單元與人機界面通信的同時,還可以擴展與微機監測或別的上位機的通信。

2.該系統監測 16個開關量和 1個雙極性脈沖模擬量,因此需擴展 1個開關量模塊 EM221和1個模擬量模塊 EM231。

3.人機界面采用北京昆侖通態的面向現代工業的彩色觸摸式顯示屏,人機界面作為主站與 PLC實時通信,從 PLC中讀取各個變量的數值,經過處理后非常直觀地把 PLC采集到的數據顯示出來,報警信息自動彈出,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的正、負脈沖電壓轉換為 -5～5V的標準信號,傳送給模擬量輸入擴展模塊 EM231進行 A/D轉換,然后通過 CPU進行數據處理。

5.輔助電源為各單元模塊及傳感器提供工作電源。

3 軟件設計

軟件設計分為 PLC主控單元部分和人機界面上位顯示 2部分。

1.PLC部分需要完成以下幾個功能:監測外線上的直流脈沖電壓、繼電器狀態及動作順序的正確性,監測按鈕的狀態,并且根據聯鎖關系,判斷是否有故障產生,輸出驅動聲光報警器,把采集的信息經過處理在觸摸顯示屏上顯示出來。系統軟件功能框圖如圖 1所示。

圖 1 64D半自動閉塞故障診斷系統軟件功能框圖

被監測量分為數字量和模擬量 2種,因此,在采集處理中也分為 2部分,繼電器狀態、開關狀態等利用 CPU模塊自帶的數字量輸入口和數字量擴展模塊進行采集;而外線電壓則利用擴展的模擬量擴展模塊 EM231進行采集,采集到的數字量不需處理,只需分配一定的地址空間即可;而模擬量則需進行濾波、轉換、顯示等多個環節的處理。除了硬件電路的濾波之外,在內部程序處理中采用了“加權濾波”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及運行情況是否正確,并且把采集到的繼電器狀態、按鈕狀態等開關量信息按照位 (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的指定區域。

2.觸摸顯示屏需實現以下功能:通過通信電纜實時顯示作業過程、繼電器狀態、外線電壓以及當前故障等信息。歷史記錄能夠滿足故障診斷要求,可記錄半自動閉塞的控制臺按鈕的動作過程、作業過程、外線電壓的歷史數值和歷史故障信息。每條記錄信息附有相應實時時鐘。

觸摸屏顯示程序的編寫采用 MCGS組態軟件嵌入版,需要設置主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略五大部分。

主控窗口主要設置運行和退出系統,設置運行系統時只需在腳本程序中調用!SysWindow()函數,設置系統退出時在菜單操作中選擇 “退出運行環境”即可。

設備窗口主要設置觸摸顯示屏與 PLC的通信功能,MCGS組態軟件嵌入版中有可供選擇的多個廠家的設備驅動,因此,設置設備窗口也較為簡單。首先選擇通用串口父設備,在其子菜單中選擇西門子 S7-200PPI,并且分別設置通信方式和 PLC中的各個變量類型已經在 PLC中的地址,在系統運行時通過觸摸顯示屏便可以從 PLC中讀取數據。

用戶窗口可以根據用戶自己的需要,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形式直觀地顯示出各變量的數值或者狀態,在圖形中定義好各個變量對應的 PLC地址即可。圖 2所示為繼電器狀態圖,其中各個繼電器的狀態根據PLC中對應數據的變化動態刷新。

圖 2 繼電器狀態

實時數據庫中添加系統中所有的變量,并且定義相應的變量類型,設置報警優先級和類型。

運行策略中設置系統中應用到的各種策略,包括系統啟動、退出、報警、數據保存以及時間循環等,是系統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變量的數據,并且根據變量的變化,在觸摸顯示屏上動態的顯示。

4 結束語

西門子 S7-200PLC功能強大,編程方便,可靠性高,應用靈活方便;觸摸屏顯示美觀,操作方便,組成的監控系統簡單、緊湊、可靠。經過現場測試及驗證,該系統非常可靠,完全能滿足對 64D半自動閉塞系統的監測,適應于現場的要求。

(責任編輯:陳寶安)