摘要：PLC 是专门为工业环境设计的控制装置，一般不采取什么特殊措施，可以直接在工业环境下使用。本文分别就煤矿变电所PLC测控系统的硬件和软件提出设计方案，有效地提高了测控系统的工作可靠性。
关键词：煤矿变电所，自动测控，PLC
测控系统用来提高测试的自动化程度，以及测试数据的精度和准确性。它主要完成对开关量输入信号、模拟量输入信号和开关量输出信号的自动采集、测量、控制、显示；并能接收主 控计算机发出的指令，执行开关量输出控制，检查开关量输人状态，读取电压、电流的测量值等功能。
1井上下变电所PLC测控系统的总体设计框图
如图1所示。
图1测控系统框图
(1)中央控制单元采用西门子S7-200系列PLCCPU224CNAC／I)C继电器和S7—300系列PI￡CPU314。
(2)电源滤波器单元为$7-300与$7-200系列PLC提供AC 220V工作电源。
(3)低压测量单元进线、馈出柜选用PD204E-9s4智能电表，可采集电力网络中的各电量参数。
(4)高压综保单元选用PAl50单元。
(5)低压柜开关量输入／输出单元。需要输入的开关量为各低压开关柜的漏电试验信号、断路器的分合闸状态；开关量输出单元包括用于控制断路器的开关量和系统发生故障时的报警信号。
(6)显示单元采用西门子TP270触摸屏显示器，通过MPI电缆和PLC相连来实现通信，可以用来设置参数，显示数据、图形、触摸式按钮或开关，以动画形式描绘自动化控制过程。
2 PLC系统配置模块设计
软件中，系统配置的内容与步骤如下：
(1)选择机架类型和电源模块。
(2)配置CPU模块，以符合系统应用需求。
(3)配置I／O等其它模块，并根据系统应用需求设置相应通道的属性。
(4)保存配置信息，生成配置文件，并将配置文件下载到主控制器(CPU模块)。
当PLC应用系统的硬件设计完毕，即确定了系统模块的个数、型号、规格及在机架中的插装位置、地址分配。编程软件完成的配置信息必须同系统的物理硬件相匹配，以使系统的软件功能与硬件设置吻合。系统配置的程序流程如图2所示。
图2系统配置程序流程图
3变电所PLC测控系统软件设计
本文根据变电所的控制原则和技术要求，采用西门子S7—300系列PIt的SI—MATIC Manager编程软件和西门子S7—200系列PLC的STEP—Mcro／Win编程软件，应用模块化结构程序设计方法设计了测控系统的监控程序和各模块程序，并给出了程序框图和部分PLC程序。
3.1主程序
本文用框架结构阐述下位机PLC的控制系统程序。系统采用功能模块子程序结构，设置好每个模块的出口和入口，并利用CPU314调用子程序的功能链接在一起，使整个程序层次分明、结构清晰。
系统主要功能模块为程序初始化模块、高压综保解析模块、低压智能仪表解析模块、低压柜遥信遥控模块。主程序流程如图3所示。
图3主程序流程图
系统主程序自动循环并与高压综保、低压智能测量仪表、低压侧S7—200通信，针对不同的要求与状态进行综合计算和逻辑分析，以判断当前需要完成的工作，从而决定调用哪个功能子程序来完成工作。被调用的子程序一旦执行完毕，又返回到主程序中继续循环检测，整个系统就如此反复运行。系统中复位监视定时器监视PLC的扫描工作过程，通过CPU内部设置的监视定时器来监视每次扫描是否超过规定时间，避免由于CPU内部故障使程序执行进入死循环。PLC的扫描周期与CPU运行速度、PLC硬件配置及用户程序长短有关，典型值为0～1OOms，本系统取150ms。
3.2高压综保PLC解析子程序
以井下～100水平变电所的16台INT-PAl50系列综合保护单元(以下称为从站)为例介绍高压综保PLC解析子程序。PLC采用Polling方式和每个从站通信。因此，在PLC的M存储区设置一个全局变量“站号”，符号为“PAl50一ZhNo”，地址为MB31。在Pl。C的组织块OBl00中编程，置MB31为1，PI￡上电或复位时，在执行正常的循环扫描前，先执行一次OBl00，即从#1站开始执行。当对#l站执行完某项操作时，程序使MB31加1变为2，在PLC用户程序的下一个扫描周期，将对#2站进行操作，依次类推。由于是在执行完操作后使MB31加1，因此，当检测到MB31为16时，表示16个站已经轮流查询完，此时重新置MB31为1，再从#1站开始操作。按照INT-BUS PAl 50和INT-BUS PAIOO单元通信规约的要求，在PLC的M存储区设置M930分配给每个从站，MB30被称为“令牌”，即表征从站目前处于的阶段。PLC与从站之间完整的数据通信过程如图4所示。
图4 PLC与从站一次完整通信过程
3.3基于Modbus协议的低压多功能电力仪表PLC解析子程序
以井下一100水平变电所的17台多功能电力仪表(2台为PD204E-9S4电力仪表，15台为PD204I-AKl电力仪表)为例介绍基于Modbus协议的低压多功能电力仪表PLC解析子程序。PLC采用Polling方式和每台仪表通信，因此，在PLC的M存储区设置2个全局变量“站号”，符号分别为“PD204E-ZhNo”、“PD204I-Zh—No”，地址为MB51、MB52。在PI￡的组织块OBl00中编程，置MB51为1、MB52为3，PLC上电或复位时，在执行正常的循环扫描前，先执行一次OBl00，即从PD204E-9S4电力仪表#l站以及PD204FAKl电力仪表#3站开始执行。当对PD204E-9S4电力仪表#l站执行完某项操作时，程序使MB51加1变为2，在PLC用户程序的下一个扫描周期，将对#2站进行操作，依次类推。由于是在执行完操作后使MB51加1，因此，当检测到MB5l为2时，表示2个站已经轮流查询完，此时重新置M1351为1，再从#1站开始操作。当对PD204I-AKl电力仪表#3站执行完某项操作时。程序使MB5l加1变为4，在PLC用户程序的下一个扫描周期，将对#4站进行操作，依次类推。由于是在执行完操作后使MB52加1，因此，当检测到M1351为17时，表示15个站已经轮流查询完，此时重新置MB52为3，再从#3站开始操作。PLC与各电力仪表之问完整的数据通信过程如图5、图6所示。
图5 PLG与从站PD204E-9S4一次完整通信过程
图6 PLC与从站PD2041-AKl一次完整通信过程
3.4低压柜遥信遥控子程序
PLC的开关量输入通道负责接入各低压开关柜的刀闸位置、断路器分合闸状态以及漏电保护状态等信号，这些信号取白面板。可实现遥信功能；开关量输出通道则用于实现低压柜断路器分合闸、漏电复位等遥控操作。
总而言之，随着现代科学技术的发展以及自动化程度的高速进步，一些精密仪器的使用和应用也在不断地趋向于智能化以及网络化，因此，必须要加强 PLC 的 测控系统的深入研究，满足在线测验控要求，顺应现代测控工作的发展趋势。
参考文献：
[1]孙彬，张斌.基于PLC 的小型测控系统的设计与实现[J].工具技术2011，v.45；No.45810:73-75.
[2]赵峰.基于PLC 热工量综合测控系统设计与实现[J].机械制造与自动化，2011，v.40；No.21706:194-197.
论文作者:籍菱芳
论文发表刊物:《基层建设》2018年第25期
论文发表时间:2018/9/17
标签：系统论文; 子程序论文; 程序论文; 低压论文; 变电所论文; 操作论文; 仪表论文; 《基层建设》2018年第25期论文;