可编程控制器S7-200在PZXG系列智能电源屏上的应用

刘 萌

*西安铁路局西安电务器材厂 助理工程师，710054 西安

PZXG系列智能电源屏要求实现遥测、遥信和遥控“三遥”功能，需要对屏内的电压、电流等模拟信号进行取样，对设备的运行、开关的分合、接触器的吸落等数字信号进行监测，对采集到的模拟量和开关量进行分析，以判断电源屏工作是否正常。如果电源屏工作异常，则需进行声光报警，并在人机界面上把电源屏的各种参数集中显示出来，同时将电源屏内的参数上传给微机监测系统。

PLC监控系统采用集散式监控方式，由西门子S7-200系列作为主控单元，监测各电源屏的运行参数和工作状态，同时与微机监测进行通信，上传数据。PLC通过网络连接，可实现与人机界面信息的传送、交换、存储和处理，两者结合，构成一个功能较强的、完整的监测系统，并且具有较高的可靠性和很强的可扩展性。智能电源屏由多面屏组成，现以A屏、B屏、C屏3面屏为例说明。

1 硬件配置

现场PLC监控是现场与监控中心之间的桥梁和纽带。由于现场一般无人值守，因此PLC的性能和质量对系统的可靠性影响很大。经充分论证，选用S7-200系列PLC具有较高的性能价格比，它具有功耗低、体积小、重量轻、易扩展、性能优等特点，非常适合现场监控。

智能屏监控系统包括了中央处理单元、扩展模块、人机界面、传感器、辅助电源等。

1．中央处理单元。采用 S7-200系列中的CPU222、CPU224和CPU226，CPU单元本身具有开关量输入和输出接口。C屏采用 CPU222，有1个通信口，可以实现屏间通信;A屏和B屏根据程序的大小采用CPU224或CPU226，有2个通信接口Port0和Port1，可以同时实现各屏之间以及电源屏与微机监测系统的通信，而且2个接口可以根据不同的要求，设置各自的通信速率，方便灵活。各屏之间用随屏附带的网络通信电缆连接，网络通信线和PLC的Port0口相连。A屏PLC的Port1口与触摸屏连接，B屏PLC的Port1口预留给微机监测通信。

2．扩展模块。根据各屏监测数据量的不同，可以增加相应的扩展模块。常用的扩展模块有模拟量输入扩展模块和数字量输入扩展模块，最多可以扩展7个模块。模拟量输入扩展模块通过外围回路输入高电平 (或低电平)，由PLC判断电源屏工作是否正常;数字量输入扩展模块将外围设备输入的电信号转换成数字信号，以供PLC进行计算、判断、比较和传输。

3．人机界面。采用面向现代工业的触摸屏显示屏，当主机与PLC进行实时通信时，人机界面可非常直观的把PLC采集到的数据显示出来，自动弹出报警信息，并对历史故障信息作记录，方便故障查找及分析。

4．传感器。将各种电压、电流量转换为标准信号，传送给模拟量输入扩展模块进行A/D转换，然后通过CPU进行数据处理。

5．辅助电源。负责向PLC各单元模块提供直流24V工作电源。

为提高系统的可靠性，各部分相对独立，便于维护。PLC开关量输入、输出与现场之间隔离，模拟信号采用信号隔离器隔离，电源采用单独开关电源供电，以减小电源噪声，同时系统设置良好的接地。

2 系统软件

PLC程序采用西门子SIMATIC指令系统，梯形图语言编写。为提高终端的抗干扰能力，软件设计中采用了程序滤波、模块检测、数据校正等措施，保证控制操作的正确性和可靠性。程序设计采用模块化、功能化结构，便于维护、扩展。对各个屏的程序编写完成后，设置通信方式与通信速率，联机即可整体运行。系统软件需要完成以下几个功能:①对屏内的电压、电流监测;②对断路器、接触器、模块的工作状态进行监测;③报警判断及驱动报警;④在触摸屏上进行集中显示;⑤把电源屏的各类信息周期性地采集传送给微机监测系统，并且采用RS-485通信接口;⑥信息传输方式采用异步方式，起始位1位，数据位8位，停止位1位，无校验;⑦数据传输速率采用4.8 kb/s，9.6 kb/s或19.2 kb/s。

智能电源屏采用多主机的组网方式。A屏、B屏为2个主站，采用CPU224或CPU226中央处理单元;C屏为从站，采用 CPU222。屏间采用NETW和NETR指令进行通信，A屏通过Port0，利用NETR指令将其他两面屏的参数读到本屏的数据缓冲区，再根据要求分区存放，然后触摸屏通过Port1采集PLC中的数据并显示。同样，B屏通过NETR指令将A、C屏的数据读到B屏的数据缓冲区，并发送至微机监测系统。

通信协议采用铁道部公布的《铁路信号智能电源屏与微机监测设备通信协议》，协议要求传送的数据全部为ASCII码，因此，要对传输之前的数据进行转换，转换之后的数据存放在数据缓冲区中，等待发送。协议的基本格式如表1所示。

表1 协议的基本格式表

系统软件主要由下列程序模块组成。

1．初始化程序:设定各寄存器、计数器、PLC工作模式、通信方式等参数初始值。

2．模块检测子程序:检测PLC的故障信息、校验信息。

3．数据通信子程序:完成与监控中心的各种通信功能。对各屏采集的模拟量、开关量数据进行读写。

4．程序滤波子程序:对各路模拟量数据进行采集、滤波、平均等处理。

5．报警处理子程序:检测有无报警信息，确定故障点。

6．数据显示子程序:对滤波后的模拟量数据进行转换、计算等处理。

7．数据校正子程序:对模拟量数据进行计算，使得在人机界面上能够进行数据校正。

3 应用效果

采用可编程控制器S7-200为控制系统的智能电源屏，具有操作简单、控制可靠、故障率低、可靠性好、抗电气干扰能力强、维护方便等优点。采用扫描式的工作方式，特别适合于逻辑控制要求较高的顺序控制。现已在现场广泛应用，满足了用户需求，深受用户好评。