6ES7212-1AB23-0XB8货期较快
一、引言
在复杂的电网供电系统中，传统的故障报警一般采用报警烽鸣器、故障指示灯等硬件方式报警。这种方式存在很多缺点，例如如果电网分布分散，则故障报警点也分散，需要安排一定人力巡逻检查，造成人力资源浪费，且报警、维修不及时;故障报警点太多则需要大量报警器，且造成线路复杂化;硬件报警得到的故障信息太少等等。随着计算机和自动化技术在工厂中的大量应用，可以将故障信息通过PLC进行初步监控，然后再由PLC上传到计算机中，由计算机处理故障信息，进行报警、记录、显示故障信息。具有可进行集中监控，节省人力，故障信息直观、丰富，便于分析等优点。
二、系统介绍
系统由PLC检测48个故障继电器的状态变化，上位机PC定时查询并读取PLC内部4个通道61位的状态信息（包括48个输入点和13个归类输出点），进行分析并用数据库加以管理和记录。程序采用VisualBasic6.0开发，数据库采用Microsoft的Access2003。
每个故障点按照对应的位置标识于车间电路分布图上，如图1所示。程序运行进入监控状态以后，PC将检测与PLC的通信连接。如果通讯连接正常，程序将检测现场信号变化。如果信号由正常变为报警，对应指示灯及总状态指示灯将闪烁并声音报警，右上方显示故障信息，运行状态信息及故障信息将存入数据库。单击闪烁指示灯，将停止闪烁，并显示当前状态，报警为红色，正常为浅黄色;如果信号由报警变正常，对应指示灯停止闪烁，运行状态信息及故障修复信息将存入数据库。当前状态由红色变为浅黄色。如果要查看各个节点信息，则单击指示灯，右上方图框会显示该节点的位号，对应PLC位以及该报警点名称和触点状态。右上方文本框显示当前系统总运行状态，有相应的指示灯标示，分为“正常” 和“报警”两种状态，红色为报警绿色为正常。
图1 报警监控画面（正常状态）
报警时画面如图2所示。
图2 报警监控画面（报警状态）
三、监控系统构成
1.系统的结构
系统配置如图3所示。本系统主要由上位机PC和下位机PLC组成，监控48个故障点并将其分为13大类，然后将故障信息显示在计算机屏幕上。PLC使用的是欧姆龙的C200H，采用3个输入模块，一个输出模块，一个通讯模块。将故障继电器两端引出作为PLC的干接点，通过输入模块将故障信息转化为开关量输入PLC，并由PLC对故障进行分类，然后PLC通过RS232-422转换器和RS232C串口与上位机通信，由上位机读取并处理故障信息进行监控报警。
图 3 系统结构
2.软件设计
本系统PLC的编程使用CX-ProgrammerV3.1编写，实现PLC对故障继电器的初步监控;上位机监控使用VisualBasic6.0编写主监控程序，实现故障实时监控报警、显示、记录、故障点信息查询修改以及运行状态查询等功能。
（1）PLC程序：该程序包括三个输入模块和一个输出模块，用于对48个故障信息的采集和分类，并对PLC后备电池状态监控。
将故障信息转存到20通道：
将故障分类：
PLC后备电池状态转存至23通道：
（2）上位机程序：主要负责与PLC进行串口通信，读取PLC内部通道状态加以分析，在主界面上实现故障报警、显示、故障点信息查询、故障信息记录查询以及节点信息修改查询等功能。
上位机PC与PLC通讯时，按应答方式进行，由上位计算机发给PLC一组ASCⅡ码字符数据，这一数据称为命令块。PLC收到命令块后经分析认为命令正常，则按照命令进行操作，将操作结果返回给上位计算机，PLC返回给上位计算机的这一组数据称为响应块。若PLC收到命令后经分析确认命令不正常，则返回给上位计算机错误命令响应块。上位计算机和PLC通讯时，PLC是被动的，必须由上位计算机给PLC发出命令块，PLC作出响应发还给上位计算机响应块。
本程序采用多重通讯方式，多重通讯时首帧以单元号（即HOST bbbb的机号）开始，然后为报头、报文、校验码、结束符（只有一帧时）或分隔符（多帧时）。中间帧以报文开始，然后为校验码、分隔符，中间帧报文每帧多125个字符。尾帧以报文开始，然后为校验码、结束符，尾帧报文多124个字符。
校验码FCS（Frame Check Sequence）是8位（bit）二进制数转换成的2位字符。这8位二进制数是一帧中校验码前的所有字符的ASCⅡ码按位异或的结果。转换成字符时按照2位十六进制数字转换成对应的数字字符。
PLC收到上位计算机发出的命令块后，经分析操作返回给上位计算机响应块，在响应块中含有响应码。如果PLC正常完成上位计算机的命令，则响应码为00，否则，响应码中含有出错信息。
上位机PC与PLC的串口通信部分：
Timer2的值设为2000，即每隔2s上位机PC向PLC发送一次读取命令，读取信息。
Private Sub Timer2_Timer（）
Dim a（10） As bbbbbb
a（0） = "@00RR00200004" ’单元号和报头报文
a（1） = FCS（a（0）） ’命令格式中的校验位
a（2） = a（0） + a（1） + "＊" + Chr$（13） ’命令码
MSComm1.Output = a（2） ’向PLC发送命令
a（3） = MSComm1.bbbbb
a（4） = Mid$（a（3）, 6, 2） ’响应码
Call Message（a（4）） ’调用响应码的错误信息
If errortime > 3 Then
Timer2.Enabled = False
intr = MsgBox（“通讯错误，是否退出检查连接?”, vbYesNoCancel + vbExclamation, “通讯连接中”）
If intr = vbYes Then
。。。。。。。。。
Else
。。。。。。。。。
End If
End If
’如果通讯连接正常则读取数据：
a（6） = Mid$（a（3）, 24, 2） ’响应块中的校验码
a（7） = Mid$（a（3）, 1, 23）
a（8） = FCS（a（7）） ’计算校验码
If a（8） = a（6） Then ’比较校验码是否相同
a（9） = Mid$（a（3）, 8, 16）
a（10） = Hex2Bin$（a（9））
z = a（10） ’得到PLC内部通道数据
Else
MsgBox （“校验码不正确”）
。。。。。。。
End If
校验码计算函数：
Function FCS（ByVal bbbbbstr As bbbbbb） As bbbbbb
Dim slen, n, xorresult As Integer
Dim tempfcs As bbbbbb
slen = Len（bbbbbstr）
xorresult = 0
For n = 1 To slen
xorresult = xorresult Xor Asc（Mid$（bbbbbstr, n, 1））
Next n
tempfcs = Hex$（xorresult）
If Len（tempfcs） = 1 Then
tempfcs = "0" + tempfcs
End If
FCS = tempfcs
End Function
将响应码中的数据转换为二进制数据：
Function Hex2Bin$（HexValue$）
Const BinTbl = "0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111"
Dim X, Work$
Work$ = ""
For X = 1 To Len（HexValue$）
Work$ = Work$ + Mid$（BinTbl, Val（"&h" + Mid$（HexValue$, X, 1）） ＊ 4 + 1, 4）
Next
Hex2Bin$ = Work$
End Function
监控程序功能：故障信息及节点查询如图4;PLC电池故障显示如图5;数据库将记录系统运行状态，记录故障发生的时间及相关信息，故障修复的时间及相关信息并提供查询功能如图7;可以查看主界面上位号所对应的PLC位、名称、触点状态等信息以便于故障分析，如图8;系统运行总状态指示如图6所示。
图 6 系统运行状态指示
图 7 数据库查询
图 8 位号对应信息查询
四、监控程序完成的功能
1.故障指示：有报警时，对应指示灯及总状态指示灯将闪烁并声音报警，右上方显示故障信息，单击闪烁指示灯，将停止闪烁，并显示当前状态，报警为红色，正常为浅黄色;如果故障修复，则对应指示灯停止闪烁，当前状态由红色变为浅黄色。单击指示灯，则可以查看各个节点信息，右上方图框会显示该节点的位号，对应PLC位以及该报警点名称和触点状态。右上方文本框有相应的指示灯显示当前系统总运行状态，红色为报警绿色为正常。
2.历史记录：数据库记录系统运行状态，记录报警的位号、名称、PLC位、触点状态、以及报警时间等内容，当故障解除后同样记录解除的位号、名称、PLC位、触点状态、以及故障解除时间。数据库中有位号名称对应表，以方便查询每个点的对应关系。
3.通讯连接：用于重新连接上位机和下位机间的通讯，当单击工具栏中连接按钮时，程序检测通信连接。
4.声音测试：用于测试声音报警是否正常。若正常，点击此按钮时系统发出报警声音。
5.消音：用于消除系统报警时的声音，不影响指示灯闪烁报警。
五、结束语
本系统是为齐鲁石化氯碱厂生产车间设计的电路故障报警系统，现已投入运行。在实际应用中提供了真实可靠的生产实时数据，运行情况良好。为企业减少了人力资源浪费，化工厂生产车间环境较差，改善了工人的工作环境降低了工作强度，并实现了集中监控。本系统的可扩展性也很好的适应了车间改良的需求，可根据用户的要求增加监控点并将本车间故障分类输出到上一级监控站，受到了用户的好评。
引言
随着国民经济的发展, 电网容量和用电负荷的日益增长, 电力系统对自动化和可靠性的要求越来越高。电力系统自动化对可靠性的需求, 使人们注意到“PLC” (可编程逻辑控制器) 这种高可靠性和强抗工业干扰的技术。90 年代以来, PLC 发展迅猛且应用的局域网技术日趋成熟, 产品不断向系列化、标准化发展, 在自动化控制领域中, 新一代的PLC改名为PCC 已逐渐跃居主导地位, 成为实现自动化控制的关键技术, 在电力系统也不例外。
PCC( Programmable Computer Controller) 是一种可编程计算机控制器, 它是专为在工业环境下应用而设计的工业计算机, 采用“面向用户的指令” , 因此编程方便；它直接应用于工业环境, 具有更强的抗干扰能力、更高的可靠性、广泛的适应能力和应用范围；大容量的存储能力、标准通信接口, 基于过程总线的系统互联、语言开发和运行环境,自诊断能力, 都使得PCC 在电力系统的应用具备了出色的友好“平台”。
1. PCC 系统CPU的特点
继承了PLC 与微机技术的PCC 技术形成代自动化软硬件平台结构, 采用32 位CISC 和RISC 的CPU, 多处理器结构。图1为本系统所用的CPU 模块结构。图中除了主CPU 外, I/ O – Processor 即I/ O 处理器主要负责独立于CPU的数据传输工作。DPR - Controller 即双向口控制器主要负责网络及系统的管理。一个模块上的3 个处理器,既相互独立, 又相互关联(通过DPR) , 从而使主CPU 的资源得到了合理使用, 同时又大限度地提高了整个系统的速度。
图1 CPU模块结构
2. PCC 在发电厂监控中的应用
以某热电厂机组设备改造为例, 介绍应用PCC 实现的智能分布式数据采集与监控系统。该热电厂有大小机组7 台, 装机容量194 MW, 现准备对主要的4～5 号机及整个电气系统进行监控系统改造。
2.1 设计原则
系统按分布式结构设计, 采用开放系统、分层控制等先进的计算机设计思想, 将计算机技术、通信和网络技术、数据库技术、图形和图像技术、多媒体技术、数据采集和自动控制技术有机地结合在一起, 技术成熟, 运行经验丰富, 能够满足近期的功能要求和远期的发展需要。整个设计遵照国际90 年代IEC1000 系列标准, 满足ISO9001 。
(1) 整个系统分为5 个采集控制站, 计有4 号机组监控、5 号机组监控、35 kV 出线监控、同期控制、01/ 1～3 号机/ 6 kV 监控。两个操作员工作站。
(2) 通过计算机对励磁调节器( KFD) 、发电机有功进行遥调。在4、5 号机控制屏上设有手操有功调节和KFD 无功调节及与汽机联系指挥信号。
(3) 不含同期点的出线, 原控制回路取消, 采用计算机控制。含有同期点的出线, 应用成熟的计算机同期装置, 采用计算机控制。
(4) 事故音响, 预告信号原回路取消, 功能由计算机系统实现。
(5) 厂用电BZT功能由计算机实现, 对4、5号机强行励磁及主变风扇启动控制均由计算机来进行判别控制。
2.2 系统结构
系统的网络结构系统配置如图2 所示。
图2 系统配置框图
2.3 系统管理层
操作员工作站、工程师工作站和通讯服务器组成智能分布式系统结构的管理层。
管理层通过PROFIBUS 网络与5 个PCC 采集控制单元相连, 各工作站和服务器分别相当于PROFIBUS 网上的一个独立的结点。
管理层采用多机及双网络方式运行, 各工作站及通讯服务器之间还组成一个小的局域以太网,实现数据的传输与共享, 互为备用, 提高了系统的可靠性; 软件平台采用32 位多任务、多进程设计, 可支持bbbbbbs95/ 98/ NT操作系统软件, 配有多种应用软件接口, 并支持OEM开发, 为用户提供了二次开发平台； 硬件平台可采用小型机、微型机或工作站等设备。
通讯服务器完成与地调、模拟盘、GPS 天文时钟接收装置以及电厂已有的几台RTU 设备的通信；还通过HUB 与该厂的MIS 网相连, 实时监控系统与管理信息系统结合在一起, 实现了实时信息的管理。
若用户具备与Internet 连接的条件, 管理层还可以提供PVI 浏览器方案, 实现远方读取数据。
2.4 系统控制层
PROFIBUS 网上的各采集控制单元组成智能分布式系统结构的控制层。控制层按照机组或线路等监控对象的不同分别组屏, 可以使各单元组合置于过程对象附近, 减少电缆投资。各监控单元分别完成相应监控对象的模拟量、数字量采集以及数字量的输出控制。模拟量采集采用交流采样。
系统具有可扩充的模块化结构, 电源、CPU、网络板、I/ O 板、模拟量输入板、通讯板等都是独立的模板以总线方式连接在底板上, 它取代了标准的框架装配的局限性, 可在标准的DIN 轨道上任意拆装、组合。
每个单元都有一电源模块。系统电源是系统可靠性与完整性的保证, PCC 的输入电压有AC、DC两种, 可实现交/ 直流切换。
系统配有当地调试通信口, 便于对不同的数据采集与控制设备进行跟踪与调试, 方便了参数设置及运行监视的维护。带电插拔采集板件使得现场维护变得简单方便。
在软件支撑环境方面, PCC 采用语言编程, 为用户提供透明的服务接口, 同时, 也支持直流采样, 使得功能实现、系统增容都十分方便灵活。
操作系统为实时多任务系统, 在操作系统中一个任务的循环周期可根据任务的优先级确定。操作系统主要分三层：
(1) 操作系统核。
(2) PCC 软件包。包括： 系统管理、系统任务、功能库、一般任务、高速任务级、通讯软件。
(3) 应用程序。包括：循环任务、非循环任务。操作系统为保证系统的高可靠性提供了监视和安全的功能, 包括: 模块检测、系统结构检测、栈溢出检测、I/ O 数据传输检测、循环周期检测、硬件看门狗等。
由于PCC 的CPU 采用68000 + RISC 的32 位微处理器, 具有极强的运算处理能力, 可使大量运算、控制功能、保护功能分散在各智能单元, 大大提高了站内通信网的利用率, 使整个系统效率达到高。另外, 系统软硬件方面良好的自诊断功能,可把故障范围减至小。
2.5 现场层
智能分布式系统结构的外围层为现场层, 包括采集层使用的传感器、二次控制回路等。
现场层根据现场总线网络传输速率快( ≥500kbps) , 软硬件实现简单的特点, 可以用CANBUS
(或RS485) 来连接厂内的其他自动化装置如保护单元、故障录波、无功补偿设备等的主干网, 并通过现场总线网络连接到采集层, 与上一层进行必要的数据通讯。
2.6 网络通信
采用的PROFIBUS( Process Field Bus) 网络是一种高速数据链路, 是具有标准通讯能力的开放式现场总线, 用于PCC 与PCC 之间, 或与其它接到本网络上的智能设备(如显示单元、上位机等) 间传送数据和系统状态。PROFIBUS 网络作为传输速度快的现场工业总线(500 kbit/ s～10 Mbit/ s) , 物理连接方式简单, 既可以用双芯屏蔽通讯电缆, 也可以用光纤等；多主多从的“Peer To Peer”方式, 采用Token Ring 结构, 网上多可连入多达128 个结点, 大传输距离达4800 m； 与第三方系统通讯方便, 兼容性能；可任意的增加和删除网络结点,而对其他结点和整个网络没有影响, 可靠性高。PROFIBUS 网络协议符合德国国家标准DIN19245。
系统的CPU 模块、专用的网络模块和通讯模块( 本系统未使用) 提供了多种标准通信接口( TTY, RS422 , RS232 , RS485 等) , 使得CPU 的局部I/ O 总线扩展、远程扩展I/ O(通过RS485 电缆)以及CPU 间的现场总线组网非常灵活, 从而方便地实现系统纵向或横向集成。
3. 系统改造后效果
应用PCC 实现的电厂机组设备改造, 充分发挥了可编程编辑控制器( PLC) 的标准控制功能和工业计算机的分时多任务操作系统的集成优势, 不仅方便地实现了各机组、厂变、出线及同期控制单元的开关量和模拟量的采集, 而且其双网络结构的管理层、具有大型机分析运算能力的PCC 模块组成的控制层均为实现发电机有功调节、同期控制、强行励磁、备自投等回路的自动控制提供了可靠的保证, 从而使该电厂的自动化管理水平登上一个新的台阶, 为建立全厂信息监控和管理系统打下良好的基础, 为电厂节能增效、提高供电质量开辟了更广阔的空间。
4. 结束语
总之, 开放式系统平台是当今电力系统自动化发展的方向。现代的PCC 与微机的发展相互渗透, 它已是一种可提供诸多功能、成熟的用户应用控制系统, 而不是一种简单的逻辑控制器, 它已被开发出更多的接口与其它控制设备进行通信, 生成报告, 多任务调度, 可诊断自身故障及机器故障。基于现场总线的智能分布式的新型控制思想, 基于标准化的开放性和兼容性, 通用性和高度化的融合, 这些优势使PCC 可以实现电厂的各种运行、分析与控制功能, 能够满足当今的电厂实现生产、管理自动化的需要, 而且具有很高的性能价格比。PCC 应用为电厂全面提高管理水平和经济效益提供了广阔的前景, 是一种值得推广的可行性方案。
