黔西南州西门子PLC总代理商
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一、 概述
近年来广播电视发射技术有了飞跃的发展，发射机朝着高效率、全固态化、智能化方向发展，新型发射机的控制系统多以单片机为核心构成，具有高度的智能化和可靠性。随着自动化技术的高速发展，PLC的可靠性也是很高的，使得对发射机的操作做到无人值守已可以实现。
本文以我曾做的某电视台发射机房实时监控系统为例，介绍西门子PLC在广电系统中的应用。系统采用1台西门子S7-300作为主站，5台S7-200作为从站，主站通过稳定的工业现场总线（PROFIBUS-DP）将从站采集的所有PLC的数据传送给上位机画面，从而给工作人员的管理带来了方便。
二、 系统硬件
该控制系统共需开关量输入93点，开关量输出35点，模拟量输入62点。为尽可能减少电磁干扰，根据发射机分布情况，系统共分一个主站和五个从站。选用西门子S7-300系列CPU315-2DP作为主工作站，S7-200系列CPU224加开关量输入输出模块EM223和模拟量输入模块EM231以及Profibus-DP模块EM277组成从工作站，并为每一个从站配置了一个TD200文本操作显示面板用于本地实时显示发射机工作参数。在发射台监控室设置了两台装有西门子WinCC组态软件的研华工控机。整个系统通过工业现场总线（PROFIBUS-DP）联接而成。系统网络结构见“系统原理图”。
6台PLC(培训)工作站完成底层的控制动作，包括：开关信号的采集，模拟信号的采集，以及由PLC给发射机发出控制信号。选用一台S7-300是为了实现上位机冗余、底层PLC CPU时钟校正、自动开关发射机数据存储和所有采集的数据的快速集中处理。
2台上位机通过工业以太网（TIP/IP），完成互相冗余；同时，通过总线将6台PLC的数据全部采集上来，在画面上显示。冗余的上位机增强了整个系统的可靠性。
由于发射台有着强磁场干扰和发射机的模拟量信号不在PLC标准范围之内，在工作站PLC与发射机之间使用了信号调理电路联接；信号调理电路的作用是将发射机的模拟量信号转化为标准的4-20mA模拟信号作为PLC的输入，并且从电磁兼容的角度考虑，也保证了采集信号的准确。
三、 系统软件
整个软件系统分为PLC工作站应用软件和上位机人机界面组态软件两大部分。本系统中采用西门子公司的STEP7和MicroWin_3.2编程软件进行了PLC工作站的应用软件编程，同时还采用了西门子公司的WinCC组态软件进行了上位机人机界面的组态编程。
四、 系统功能
本系统主要实现了下述功能：
1. 自动监测发射机系统运行状态，实时监测、记录各参数量值（包括模拟量和开关量值）；对异常情况和参数越限进行记录报警；自动记录各机器开关机的时间及累计运行时间。
2. 按各频率每周播出时间表，定时（或随时）开机、关机、倒机；
3. 报警功能：有故障，即时显示报警。本地采用语音声、光报警方式，并可根据故障程度自动开启备用发射机；
4. 根据不同用户的权限实时控制发射机各种操作。
5. 自动生成报表功能：可根据用户的要求，生成各类报表（如日报表、季报表、故障记录、维修记录、检修记录、指标记录、交接班记录等）。报表可根据需要进行定时或随机打印；
6. 键盘功能
1) 可通过小键盘对前端机进行人工干预或修改某些参数；
2) 可修改开关机时间、当前时间、倒机时间；
3) 可通过键盘操作实现开机、关机、倒机等操作；
4) 为了避免频繁倒机，可屏蔽某一部发射机的使用。
7. 遥控操作主要是对发射机的工作参数进行设置或直接控制发射机，主要的命令有：开机（包括高开、低开）、关机（包括高关、低关）、倒机、复位等。值班员通过这些功能，控制设备的工作状态。
为了保证系统的安全有效运行，系统提供口令管理机制来限定值班员的操作权限和操作范围。值班员的权限由系统管理员设定。
系统运行过程中的操作情况都被自动记录，包括值班员的编号、时间、命令等。系统可以对记录进行查询、检索，以便了解值班员对系统的操作
8. 数据查询
1) 历史曲线：查询设备的模拟量，每五分钟取一点数据，画出昨天和的两条曲线。
2) 事件查询列出设备发生故障或越限这两种事件，并显示故障代码及含义，发生故障设备的数据、状态。
9. 数据存储：
1) 一类是五分钟数据，它只包含模拟量，因为数据量较大，只需保存三个月，五分钟数据以曲线的方式显示；
2) 一类是例行数据（整点数据），包括模拟量、开关量，整点数据是各类报表的依据。
3) 另一类是故障数据，包含故障前后十秒内的所有数据。
4) 所有历史数据亦可存入光盘长期保存。
10. 数据库的通用性和安全性
1) 历史数据存放在主服务器数据库中，在从服务器中建立该数据库的镜像备份，两者通过定时校验，发现问题及时自动恢复。
2) 对数据库的查阅、修改、删除设置不同级别的权限，以防数据库中的信息被破坏。
11. MIS系统（管理信息系统）是监控系统中的一部分，是一个小型的数据库，主要是对机房内的器材、图纸资料、技术档案进行统一的、规范的、科学的管理。MIS系统具备一般数据库所具有的各种功能，包括对器材、图纸资料、指标记录、维修记录、交接班记录进行显示、查询、检索、统计、打印报表等功能。
12. 远程访问采用网络操作系统、内置Web Server软件，利用Web 信息发布技术，通过局办公网，为上级领导和相关职能部门提供有关的信息。
为了保证系统的安全，减少系统入侵或人为破坏的可能性，应设置实时数据网关，使监控网能共享办公网资源，办公网不能直接访问监控网，只能按权限取得约定的实时信息。
五、 结束语
西门子公司的S7-200系列和S7-300系列PLC具有强大的指令，丰富的CPU类型和扩展模块，尤其是CPU模块内部集成了实时时钟，使其适合于广播发射机的自动控制应用。西门子公司提供的编程软件包和WinCC组态软件，功能强大，使系统开发变的更容易。
一、概述
某铁路供水系统由分布在十几公里内10个深井取水泵站、4个增压泵站、多个储水池、水塔及用户管网组成。整个供水系统的高低落差达150米，由于供水系统的组成及地形结构的特殊性，过去人工监控，给生产管理、供水调度带来诸多不便。
实施了微机监控后，它能实时监测供水系统的主要工艺参数（如压力、流量、水位、电压、电流等），控制深井泵、增压泵的开停，监视泵机的运行状态，同时提供生产管理所需的报表、曲线、数据查询等功能。它的运行对供水系统的安全生产、科学调度有着重要的意义。
二、系统组成
微机监控系统采用主从结构、分布式无线实时监控方式（简称SCADA），如图1 所示。
系统主要由监控中心、无线通信系统、现场监控终端、传感器及仪表四部分组成。
监控中心：由微机、无线数传机、全向天线、模拟屏及UPS组成，主要完成各现场终端数据的实时采集、监测、控制、数据存储、打印报表、数据查询等功能。
无线通信系统：监控中心与各泵站终端之间采用无线方式通讯。监控中心为主动站，其它终端副站为被动从站，该系统采用无线电管理委员会给定的数据频率，以一点对多点的方式与从站通讯，监控中心为全向天线，各副站为定向天线。
现场监控终端：核心为PLC，是一个智能设备，它有自己的CPU和控制软件，主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警、控制等功能，并通过无线信道与监控中心微机进行数据通信。根据监控中心的命令分别完成系统自检、数据传送、控制输出等任务。
传感器及仪表：是PLC监测现场信号的“眼睛”，现场所有信号都需经过传感器及仪表的转换，才能输出标准信号，被PLC终端所接受。系统主要测量电压、电流、液位、压力、流量及耗电量等参数。
三、现场PLC终端
现场PLC监控终端是工业现场与监控中心之间的桥梁纽带，一方面它采集现场仪表、变送器、设备运行状态等信号，另一方面它又与监控中心通讯，执行有关命令。现场终端一般无人值守。因此，终端机的性能和质量对系统的可靠性影响很大。经充分论证，选用西门子S7-200系列PLC作现场终端具有较高的性能价格比，它具有体积小、易扩展、性能优等特点，非常适合小规模的现场监控。
1、PLC硬件设计
现场某一终端需测控开关输入信号12路，开关输出信号14路，模拟量输入信号9路。因此，我们选用S7-214基本单元，一块继电器输出扩展单元（EM222），三块模拟输入扩展单元（EM231）。这样系统共有开关输入14路，开关量输出18路，模拟量输入信号9路，满足现场要求。
2、通讯接口
S7-214PLC基本单元提供一个RS-485接口，为了与无线信道的数传机（电源、Modem、进口电台三者合一）相连，我们专门设计了RS-485接口的专用Modem，并采用光电隔离技术，使二者在电气上完全独立，避免相互干扰，由于数传机发射时需要RTS信号，而RS-485接口又不提供RTS信号，解决这个问题有两处方法。其一，由无线Modem根据PLC的发射信息产生RTS信号，这就要求该Modem必须智能化，同时PLC在发送信息之前需先与Modem通信，让其输出RTS信号，并回送RTS已产生信息，然后PLC再发送现场信息。其二，采用PLC的某一I/O输出点，产生RTS信号，由PLC在发送信息前现接通该点，控制数传机发射，延时一段时间后（电台建立载波时间），再发送信息。后一种方法简单、实用，较好的解决了无线通信的接口问题。
3、抗干扰设计
为提高系统的可靠性，现场终端、数传机、PLC、直流温压电源及部分变送器装于一个控制柜内，各部分相对独立，便于维护。PLC开关量输入、输出与现场之间家继电器隔离，模拟信号采用信号隔离器和配电器隔离，电源采用隔离变压器供电，以减小电源“噪声”，同时系统设置良好的接地。
四、PLC软件设计
PLC终端软件采用梯形图语言编写，为提高终端的抗干扰能力，软件设计中采用了数字滤波、故障自检、控制口令等措施，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。终端软件主要由下列模块组成。
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、数据采集子程序：对各路模拟量数据采集、滤波、平均等处理。
3、累计运行时间子程序：对泵机等设备的运行时间进行累计。
4、脉冲量累计子程序：对电耗、流量、仪表的输出脉冲进行累计，并进行标度变换。
5、遥信子程序：检测电机、阀门、报警开关等设备的运行状态。
6、置初值子程序：由监控中心对时间、电耗、流量等累计参数按用户的要求设定初始值。
7、故障自检子程序：检测PLC的故障信息、校验信息，并发往监控中心。
8、控制子程序：根据监控中心的命令，或现场自控条件输出相应的操作。
9、通讯子程序；完成与监控中心的各种通信功能。
软件流程见图2 ，
其中通讯程序中，接收命令采用中断处理，通过ATCH指令使中断事件8在接收不同特征命令下执行不同的程序。对串行通信的超时限制则通过设定内部定时中断来控制，其事件号为10，定时时间由SMB34的值确定。为减少通信的误码，采用偶校验及异或双重校验措施。
五、结论
本系统在软、硬件方面采取了多种措施，特别是现场终端选用了S7-200 PLC，提高了系统的可靠性，在铁路供水系统取得了较好的应用效果。本系统将无线通讯与S7-200 PLC有机的结合，解决了现场分布较散、距离较远、范围较大的系统监控问题，在供水、供电、供气、油田、气象、水文水利等部门有较好的应用前景
一．功能介绍
英威腾CHV系列矢量变频器内置的MODBUS（从站）通信协议，配合CHV系列变频器专用通讯卡，可非常方便的实现远程通讯控制功能。通讯卡上提供RS232及RS485两种物理通讯端口，用户可通过设置卡上的跳线选择。
下面以西门子S7-200系列PLC为例，介绍PLC与CHV矢量变频器建立通讯并实现对变频器起停、频率给定、监控等功能的控制。
变频器作为MODBUS协议从站接收来自CPU224 PLC的通信指令，。
CHV系列矢量变频器在与CPU224通信前须做好以下准备工作：
1．确认已安装好CHV系列矢量变频器的通讯卡，并将卡上的端口跳线置于RS485端；
2．用一根带9针阳性插头的串口通信电缆连接在CPU224 PLC的自由通信口端，电缆另一端的第5、3、8线分别接在CHV变频器RS485通讯卡的GND、485+、485－端子上，其余线屏蔽不用；
3．预先设置变频器以下参数：
PC0.0=1 //变频器通讯地址为1
PC0.1=3 //通讯波特率9.6K
PC0.2=1 //通讯数据偶校验
P0.01=2 //变频器的运行指令采用通讯方式
P0.03=7 //变频器的A频率设定采用通讯方式
二．PLC内存使用说明
西门子S7-200系列PLC的自由通讯端口编程必定会用到两个指令，即XMT(发送)指令和RCV（接收）指令。编写程序时需要为这两个指令指定数据缓冲区，一般以低位数为0的地址作为数据缓冲区的起始地址。
1．发送指令XMT缓冲区(写/读)
VB100 //xmt指令要发送的字节个数
VB101 //变频器通讯地址(01)
VB102 //modbus功能码(06/03)
VB103 //变频器被写地址高位/变频器被读起始地址高位
VB104 //变频器被写地址低位/变频器被读起始地址低位
VB105 //被写数据高位/被读数据字个数高位
VB106 //被写数据低位/被读数据字个数低位
VB107 //被发送数据CRC低位
VB108 //被发送数据CRC高位
2．接收指令RCV缓冲区
VB200 //rcv指令要接收的字节个数
VB201 //变频器地址(01)
VB202 //modbus功能码(06/03)
VB203 //变频器被写地址高位/被读数据字节个数高位
VB204 //变频器被写地址低位/被读数据字节个数低位
VB205 //被写数据高位/被读数据高位
VB206 //被写数据低位/被读数据低位
VB207 //被接收数据CRC低位
VB208 //被接收数据CRC高位
VB217 //被接收数据CRC验算低位
VB218 //被接收数据CRC验算高位
2．CRC校验子程序（SBR0）
英威腾CHV系列矢量变频器内置的MODBUS协议采用RTU传输格式，该格式使用CRC校验方式对每次发出或接收的数据帧进行校验。因此，该子程序使用了多个局部变量，以方便其它子程序调用。
在西门子STEP 7-Micro/Win 编程环境下（如图一），需要在该子程序的局部变量表中预先设定以下局部变量：
（1）输入型局部变量（VAR_bbbbb）
1d_0:DWORD; // 待发送数据地址指针变量
lw_4:WORD; // 待发送数据字节个数变量
（2）输出型局部变量（VAR_OUTPUT）
lb_6:BYTE; // CRC校验值高位变量
lb_7:BYTE; // CRC校验值低位变量
（3）临时局部变量（VAR）
lw_8:WORD; // 待发送数据字节个数计数变量
lw_10:WORD; // 待发送数据每字节8位二进制数计数变量
Network 1
LD SM0.0
MOVW 16#FFFF, LW6 //将16位CRC校验寄存器LW6全置为1
Network 2
LD SM0.0
FOR LW8, +1, LW4 //对待发送数据字节个数(LW4)计数(LW8)循环
Network 3
LD SM0.0
XORB *LD0, LB7 //使待发送数据的个字节(*LD0)与
//CRC校验寄存器低位字节(LB7)进行异或运算
Network 4
LD SM0.0
INCD LD0 //ld_0指向待发送数据的下一个地址
Network 5
LD SM0.0
FOR LW10, +1, +8 //对每字节8位二进制数计数(LW10)循环
Network 6
LD SM0.0
SRW LW6, 1 //CRC校验寄存器LW6右移一位
Network 7
LD SM1.1 //若移位后的溢出值SM1.1为1
XORW 16#A001, LW6 //则使值16#A001与LW6进行异或运算
Network 8
NEXT //结束每字节8位二进制数计数循环
Network 9
NEXT //结束每数据帧字节个数计数循环
3． 初始化子程序（SBR1）
该程序在PLC的个扫描周期运行，主要是设置CPU224自由端口的通信格式、数据接收格式及复位各寄存区（参见西门子S7-200编程手册）。
通信格式内容包括：波特率9.6K、每字节位数8位、偶校验等（注意与变频器一致）。
数据接收格式完全参照MODBUS RTU格式设定，以不少于3.5个字节传输时间的通信口空闲间隔作为数据接收的开始及结束信号。根据协议，PLC在准备接收数据前会先监测通信口是否空闲，如连续空闲时间超过了3.5个字节的传输时间，则PLC默认数据接收开始，此后通讯口上出现的信息即被认为是一个数据帧的内容。同理，随着一个数据帧的后一个字节传输完成，又会出现一个3.5字节传输时间的空闲间隔，来表示一个数据帧传输的结束。（参见MODBUS协议标准及CHV系列矢量变频器通讯卡使用说明书）
对9.6K的通信波特率来说，3.5个字节传输时间约为5ms左右。因该程式的每个指令只准备接收一个数据帧的回馈信息，所以接收数据前的空闲检测时间可设为0，即PLC在发出数据后立即开始接收数据，但一个数据帧的传输结束空闲检测时间仍需设为5ms以上。
Network 1
LD SM0.0
MOVB 16#49, SMB30 //设置自由通信口格式
MOVW +0, SMW90 //空闲行间隔检测时间0ms
MOVW +5, SMW92 //字符间定时器超时检测时间5ms
MOVB 20, SMB94 //接收信息的大缓冲区20字节
MOVB 148, SMB87 //设置自由通信口的数据接收格式
FILL +0, QW0, 1 //输出印象寄存区复位
FILL +0, MW0, 1 //标志寄存区复位
FILL +0, VW100, 5 //发送缓冲区复位
FILL +0, VW200, 5 //接收缓冲区复位
ATCH INT_0, 23 //接收完成中断
ATCH INT_1, 9 //发送完成中断
ENI //在全局启用中断
