引言
本文介紹了基于plc的發(fā)信系統(tǒng)控制方案，并據(jù)此設(shè)計和建成了一個完整的監(jiān)控系統(tǒng)桂躏。系統(tǒng)組網(wǎng)簡潔抢埋，軟件層次清晰并滿足可靠性和可擴(kuò)展性。實(shí)現(xiàn)了對發(fā)射系統(tǒng)自動化州疾、智能化的控制辜限。
1 簡介
發(fā)信系統(tǒng)調(diào)度中心完成對發(fā)信系統(tǒng)高壓設(shè)備的控制、監(jiān)測严蓖、狀態(tài)和工作參數(shù)顯示薄嫡、故障提示，同時完成與發(fā)信系統(tǒng)其他控制設(shè)備通信等功能颗胡。由plc構(gòu)成的控制柜在線采集運(yùn)行數(shù)據(jù)和確定運(yùn)行狀態(tài)毫深，并將它們傳輸至調(diào)度中心，控制柜接收調(diào)度中
心指令對發(fā)信系統(tǒng)的設(shè)備實(shí)施控制隅昌，構(gòu)成完整的監(jiān)控系統(tǒng)拉诲。該系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是實(shí)施對發(fā)信系統(tǒng)多種設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制琼护、測量威卑，實(shí)現(xiàn)無人值守，對各種瞬間發(fā)生的電氣事故進(jìn)行分析判斷菌熬，對現(xiàn)場眾多電氣數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和統(tǒng)計處理您凸。
2 系統(tǒng)設(shè)計
基于plc設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)由三個部分組成：1 設(shè)置在調(diào)度中心的操作終端設(shè)備晚神；2 分布在設(shè)備現(xiàn)場的五個控制柜；3 數(shù)據(jù)傳輸通道宠宗。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示饮协。
圖1 系統(tǒng)組成框圖
由圖1看出：系統(tǒng)包括上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。上位機(jī)是指調(diào)度中心的1＃cpc瓣硼、2＃cpc(操作終端)啰价，其中包括hmi(human machine interfa -ce)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，功能是遙控操作聂映，遙信起便、遙測顯示及數(shù)據(jù)報表統(tǒng)計，記錄事故分析等窖维。而下位機(jī)是指數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及各種智能控制設(shè)備榆综，在這里指的是plc控制箱和5個控制柜≈罚
2.1 由plc模塊構(gòu)成的控制柜
下位機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備是采用plc構(gòu)成的五個控制柜鼻疮。該方案采用模塊式結(jié)構(gòu)，可根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行靈活配置和可以擴(kuò)展琳轿。采用plc的控制柜基于幾點(diǎn)考慮：
(1)系統(tǒng)為閉環(huán)監(jiān)控工作方式判沟，對于控制過程的安全性要求較高；
(2)plc具有高可靠性和極強(qiáng)的抗干擾能力利赋；
(3)模塊化配置實(shí)現(xiàn)多功能擴(kuò)展水评。
2.2 plc 編程軟件
plc編程用基于microfost windows環(huán)境的編程軟件gx developer v8.26開發(fā)。以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集媚送、計算、統(tǒng)計寇甸、數(shù)據(jù)通信塘偎、系統(tǒng)故障診斷等功能。gx developer v8.26符合iec-1131-3 編程語言標(biāo)準(zhǔn)稀渊，有梯形圖战凿、順序功能圖、功能塊圖铐跷、結(jié)構(gòu)化文本媒龟、指令表。gx developer v8.26t提供了實(shí)用簡單友好的用戶界面涧兜，有豐富的編譯工具病囱、強(qiáng)勁的搜索功能、自由格式的圖形編輯器筹飒、完善的在線幫助继蚪，使得對modicon tsx momentum(模塊式momentum plc組板)構(gòu)成的自動化控制系統(tǒng)的程序編寫簸悟、軟件調(diào)試、系統(tǒng)維護(hù)十分簡單杨朴。
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2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)上位機(jī)采用mcgs(monitor and control generated system)組態(tài)軟件明青、mcgs是一套基于windows平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)挑乓，可運(yùn)行于microsoft windows 95/98/me/nt/2000等操作系統(tǒng)女责。mcgs為用戶提供了解決實(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集创译、實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)處理抵知、報警和安全機(jī)制、流程控制昔榴、動畫顯示辛藻、趨勢曲線和報表輸出以及監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。mcgs具有操作簡便互订、可視性好吱肌、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能仰禽、高可靠性等突出特點(diǎn)氮墨，在石油化工、鋼鐵行業(yè)吐葵、電力系統(tǒng)规揪、水處理、環(huán)境監(jiān)測温峭、機(jī)械制造妥抬、交通運(yùn)輸、能源原材料芍惦、農(nóng)業(yè)自動化蔓摇、航空航天等領(lǐng)域已進(jìn)行了成功應(yīng)用。目前固鹏，mcgs組態(tài)軟件具有整個工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的從設(shè)備采集崩绑、工作站數(shù)據(jù)處理和控制、上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理和web瀏覽的所有功能鹰个，很好的實(shí)現(xiàn)了自動控制一體化的功能寂疏。使用mcgs，可以在短時間內(nèi)完成一個運(yùn)行穩(wěn)定骏拱、功能全面忱徙、維護(hù)量小并且具備專業(yè)水準(zhǔn)的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作。
2.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的開環(huán)總線以太網(wǎng)配置。這樣不僅降低了成本伸畅，方便布線隔屠，易于擴(kuò)展；而且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上保證了信息傳輸?shù)陌踩遭裳保軐?shù)據(jù)進(jìn)行有效的分流阁危，從而減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性汰瘫。其網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)為ieee802.3狂打；傳輸速率為10mbps。整個系統(tǒng)采用10/100m以太網(wǎng)交換機(jī)形成自適應(yīng)以太網(wǎng)通信混弥。
控制柜設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸采用plc專用網(wǎng)絡(luò)melsecnet/h組成控制層網(wǎng)趴乡，melsecnet/h網(wǎng)絡(luò)是通過光纖連接plc控制器與plc控制器的專用網(wǎng)絡(luò)，通過使用高速通信和大容量的鏈接軟元件蝗拿，在控制系統(tǒng)設(shè)備之間實(shí)時地傳遞和設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)晾捏、動作相關(guān)的數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)25mbps的高速通信哀托，光纖采用雙重回路提高了系統(tǒng)冗余性和可靠性惦辛。
上位機(jī)與下位機(jī)的通信是監(jiān)控系統(tǒng)的一個關(guān)鍵。我們選用mcgs的設(shè)備構(gòu)件用于實(shí)現(xiàn)以態(tài)網(wǎng)模塊(qj71e71-100)和三菱q系列plc通訊仓手。三菱q系列tcp/ip設(shè)備構(gòu)件把plc的通道分為只讀胖齐，只寫，讀寫三種情況董纺，只讀用于把plc中的數(shù)據(jù)讀入到mcgs的實(shí)時數(shù)據(jù)庫中茎冒，只寫通道用于把mcgs實(shí)時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)寫入到plc中，讀寫則可以從plc中讀數(shù)據(jù)吆律，也可以往plc中寫數(shù)據(jù)宠璧。
通信網(wǎng)絡(luò)采用主從方式定時收發(fā)數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)妈务，上位機(jī)定義為主設(shè)備钮庆，下位機(jī)五個控制柜所有智能監(jiān)控裝置定義為從設(shè)備，只有主設(shè)備能初始化或?qū)脑O(shè)備查詢蔬设。所有設(shè)備都有規(guī)定的ip地址或站地址，主設(shè)備按地址發(fā)布消息知援，從設(shè)備根據(jù)主設(shè)備查詢或提供的數(shù)據(jù)決定要產(chǎn)生何種行動次瓣，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的監(jiān)控功能;同時當(dāng)系統(tǒng)故障，比如五個控制柜中有某一個從網(wǎng)絡(luò)中斷開星自，在主設(shè)備端馬上診斷出來憾擒，而當(dāng)故障修復(fù)后，網(wǎng)絡(luò)又可自動接通塑崖，這樣有利于操作員進(jìn)行系統(tǒng)功能診斷七冲。
3 系統(tǒng)工作過程
下位機(jī)從現(xiàn)場設(shè)備采集遙信及遙測信號痛倚，經(jīng)過一定的處理后存儲到plc的寄存器中供上位機(jī)讀取澜躺；同時接收上位機(jī)發(fā)送的遙控命令經(jīng)過處理后傳給現(xiàn)場設(shè)備蝉稳。而上位機(jī)則是負(fù)責(zé)從下位機(jī)讀取遙信量和遙測量，經(jīng)過處理后進(jìn)行顯示或生成報表等掘鄙；同時根據(jù)操作員的需要發(fā)出遙控命令耘戚。下面分別介紹系統(tǒng)的具體工作過程。
3.1 系統(tǒng)通信
整個系統(tǒng)的通信都是基于ip地址的操漠。
(1)上位機(jī)和下位機(jī)的通信收津，是通過為mcgs組態(tài)軟件的各個數(shù)據(jù)建立通信通道來實(shí)現(xiàn)的。
(2)下位機(jī)之間的通信：下位機(jī)之間的通信通過melsecnet/h網(wǎng)絡(luò)完成melsecnet/h網(wǎng)絡(luò)具有的ras功能浊伙，ras功能代表可靠性撞秋、可用性、可維修性嚣鄙。melsecnet/h網(wǎng)絡(luò)具備環(huán)路回送功能吻贿，在光纖環(huán)路系統(tǒng)中，傳送路徑是雙結(jié)構(gòu)竖沦，當(dāng)傳送路徑中發(fā)生錯誤時胎融，通過把傳送路徑從正向環(huán)路切換成反向環(huán)路或從反向環(huán)路切換成正向環(huán)路或進(jìn)行環(huán)路回送來斷開故障區(qū)，在仍然能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的站之間繼續(xù)正常傳送舍屠。
正常時使用正向環(huán)路或反向環(huán)路進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈接美怪，如圖2所示。
圖2 melsecnet/h網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈接環(huán)路
異常時正向環(huán)路反向環(huán)路中出錯胸牲，使用反向環(huán)路正向環(huán)路繼續(xù)數(shù)據(jù)鏈接蒸咏，如圖3所示。
圖3 melsecnet/h網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈接環(huán)路
3.2 下位機(jī)接受遙控(yk)命令
上位機(jī)往下位機(jī)寫的遙控(yk)命令蝉蛙，是以一個字(word)為單位的悬坎，一個字包括16位(bit)，每一位(bit)代表一個遙控信號傅笨。每個遙控對象又有兩種操作狀態(tài)(如斷路器的分閘和合閘)伸义。從上位機(jī)來的16位的遙控字(word)存到plc的cpu處理器通信適配器的寄存器的某個區(qū)(如400011)中，當(dāng)操作員發(fā)出一個遙控命令時篮啦，相應(yīng)的遙控位由0變?yōu)?胯恤，離散量基板上對應(yīng)的輸出端被置為高電平，被控制的斷路器受電動作绰姻。通過設(shè)置讓輸出端的高電平維持2秒鐘枉侧，以確保斷路器操作機(jī)構(gòu)動作使斷路器跳閘或合閘。
由于plc模擬塊是低電壓低電流輸入，而控制回路電壓電流比較大榨馁，因此需要用繼電器來進(jìn)行電氣隔離放大憨栽。
3.3 下位機(jī)遙信(yx)信號處理
遙信(yx)信號包括位置信號和非位置信號，位置信號包括斷路器和隔離開關(guān)的分翼虫、合狀態(tài)屑柔；非位置信號包括保護(hù)信號和故障信號的狀態(tài)。遙信信號是由momentum的離散量基板進(jìn)行采集的蛙讥，離散量基板把從現(xiàn)場設(shè)備送上來的16位離散的輸入數(shù)據(jù)以一個字(word)的方式傳送給cpu處理器通信適配器锯蛀，再由cpu處理器與上位機(jī)建立通信、傳送數(shù)據(jù)次慢。
3.4 下位機(jī)遙測(yc)信號處理
遙測信號是用8通道輸入差分基板采集的旁涤，我們采用的是平均值變送器，把控制柜一次回路中的交流電壓和電流以直流平均值表示迫像，再輸入到模擬量基板中辙炒。基板的8輸入通道是為8個模擬量輸入提供的薇兆，每個模擬量占用一個通道牌君，每個輸入通道對應(yīng)一個輸入字(word)；由于模擬量aai基板上扣有momentum的cpu處理器適配器肯矾，因此由基板傳上來的模擬量信號直接存到cpu處理器的寄存器中供上位機(jī)讀冉厥！；而每個通道的輸入?yún)?shù)則通過concept中硬件配置中的i/o map進(jìn)行設(shè)定界赦。
3.5 上位機(jī)功能實(shí)現(xiàn)
上位機(jī)運(yùn)用mcgs組態(tài)軟件主要實(shí)現(xiàn)以下的功能模塊：歡迎畫面诬忱、主畫面、系統(tǒng)運(yùn)行記錄焰箩、設(shè)備配置圖疚编、控制柜實(shí)況圖、電壓電流顯示圖影晋、控制柜控制屏在膏、事件記錄、報警記錄镜会、模擬屏顯示檬寂、曲線、重載數(shù)據(jù)庫戳表、程控操作焰薄、報警畫面、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)扒袖、模擬控制柜接線圖、系統(tǒng)幫助畫面。
采用mcgs自帶的數(shù)據(jù)庫的報表管理系統(tǒng)對整個控制系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢季率、打印野瘦、轉(zhuǎn)出、計算飒泻、分析鞭光。該系統(tǒng)主要有以下功能：日報管理、月報管理泞遗、操作事件管理惰许、異常事件管理、報警信息管理史辙、圖形分析胜玖。
報表管理系統(tǒng)還具有豐富強(qiáng)大的電子制表功能。通過動態(tài)數(shù)據(jù)交換(dde)和odbc標(biāo)準(zhǔn)鹏愚，可方便地將系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)竿疫、歷史數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用數(shù)據(jù)庫與報表系統(tǒng)鏈接味羡，可生成柱形圖胃争、條形圖、面積圖等二維或三維的彩色圖型院蜘，形成圖文并茂所讶、直觀清晰的圖文報表，并可召喚纳傍、定時和條件驅(qū)動打印報表妄温。
3.6 web功能實(shí)現(xiàn)
在本方案中，所采用的mcgs軟件為網(wǎng)絡(luò)板因此不需要任何特殊的配置疫壕，只要有一臺配置了web瀏覽器(如ie映检、netscape navigator)的pc機(jī)就可以通過以太網(wǎng)瀏覽到上位機(jī)的web 網(wǎng)頁。實(shí)時地顯示該上位機(jī)點(diǎn)的運(yùn)行狀況秸谢。
4 結(jié)束語
本文介紹了基于plc的發(fā)信系統(tǒng)控制方案凛澎，并據(jù)此設(shè)計和建成了一個完整的監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)組網(wǎng)簡潔估蹄，軟件層次清晰并滿足可靠性和可擴(kuò)展性塑煎。實(shí)現(xiàn)了對發(fā)射系統(tǒng)自動化、智能化的控制臭蚁。
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