基于施耐德M 340PLC的船舶电站远程监视方法研究

2010-04-01杨剑箫

江苏船舶 2010年3期

杨剑箫

(上海海事大学物流工程学院,上海 200135)

0 引言

船舶上有许多工作和生活设备需要用电,所以需要设置电站。船舶电力系统具有以下特点:船舶电力系统的发电机组是柴油发电机组,系统用电负载的种类比较多。电力系统的动态变化范围比较大,系统的动态过程变化频繁[1]。实现船舶电站的实时监控,除了用电设备可以得到高质量的电能之外,还可以保证船舶电站供电的连续性和经济性,提高船舶的生命力和可靠性[2]。

1 船舶电站监视系统设计

随着船舶自动化程度的不断提高,电站自动化也必然由局部的、就地的控制发展到综合的、集中的控制,并成为机舱自动化以至船舶自动化的重要组成部分[3]。本文基于 PLC和以太网通信的船舶电站监控系统由下位机控制系统、上位机监控系统构成,两个子系统是既互相独立又互相关联的。

下位机控制系统:由1台M340PLC和3台PPU (protection and paralleling Unit)共同构成,来完成对3台发电机组的控制与监控任务。系统能够进行发电机组停机状态下的预润滑,发电机组自动起动、并车,并联运行中功率的自动分配、转移与电网频率的自动调整,发电机组自动、故障状态下解列、停机控制等各项控制功能。系统还具有自动处理功能。当系统发生故障时,控制系统可自动地使处于备用状态的发电机组立即起动,自动准同步投入电网运行;并网成功后,发生故障的机组将负荷降低至不大于额定功率的20%时,自动脱离电网。

上位机监控系统:能够进行状态显示及故障监视,运行中系统给定参数的监视与修改。其主要任务包括:自动地实时监测电站各设备运行参数和运行状态,这些设备包括机组原动机、发电机、配电系统的机械参数、电气参数和运行状态,监测量有模拟量,也有开关量。同时还要对监测结果记录。

2 数据通信的实现

2.1 硬件实现

本系统的控制器使用的是施耐德电气中小型可编程控制器——M340PLC。该PLC具有处理器性能高、存储容量大、维护便捷等优点,最重要的是提供的Web服务功能为数据的远程发布提供了途径。M340提供标准的可供用户随时访问的网页,可以进行系统诊断和圆形数据监视。远程服务功能由CPU模块和通讯模块提供。BMX NOE 0110通讯模块如图1所示。

图1 BMX NOE 0110通讯模块

图1中:①为LED显示:在每个Modicon M340模块或处理器的前面板上都有多个 LED,通过它们可以对PLC状态进行快速诊断。这些LED提供了PLC工作情况、存储卡、与模块的通讯、串行通讯、以太网网络通讯的状态。

②为USB端口:可以方便高效的与编程PC进行连接。

③为以太网端口:模块的10/100 BASE-T接口是标准RJ45连接器。

④为复位按钮:按此按钮可以冷启动模块(复位后,网络会将该设备识别为新设备)。

2.2 软件实现

船舶电站信息监视网站的地址设置、数据配置、变量监视由施耐德电气提供的FactoryCast组件实现。FactoryCast组件是一个软件包,用于自定义“嵌入式Web服务器”模块上的网站。该站点可以通过浏览器进行访问,以便查看和修改 M 340中的数据。FactoryCast提供了查看控制器中运行时数据所需的全部网页和Java小程序。通过配置模块并使用内部网浏览器进行访问FactoryCast缺省网站。

FactoryCast组件包括:

①FactoryCast服务器:由嵌入Modicon M340以太网选项模块的HTTP和FTP服务器组成。这些服务器都包含一组缺省的诊断网页和Java小程序。

②Unity Pro:对控制编程。

③Web Designer for Modicon M340。④Web浏览器:察看网络。

3 使用Web Designer编辑监视网页

3.1 W eb Designer功能介绍

Web Designer是施耐德电气提供的一款用来编辑、配置M340 PLC通讯模块内嵌网页的软件。可以用来配置网站,下载数据并维护服务器上的站点;还可以用它创建启用Web的变量(符号)和直接地址的数据库,这些内容可在运行时通过Web进行查看和修改。Web Designer的另一个功能是提供常规FTP功能,可以将自定义网页加载到FactoryCast模块,设置安全性,包括密码和读/写保护,将自己的网页、图像和Java小程序添加到站点下载文件以及将文件上传到嵌入式服务器。该配置工具允许用户使用Unity Pro数据库中的符号(变量)和直接地址来创建启用Web的数据库。可以使用此启用Web的数据库,在控制器运行时查看和修改符号(变量)和直接地址的值[4]。Web Designer可以备份文件、还原文件,并在必要时将文件重刷到嵌入式服务器。

3.2 编辑站点

启动Web Designer,点击“新建”项目,选择通讯模块添加到目标中;编辑目标的名称和地址(使用Unity Pro分配IP地址);点击“下一步”,添加M340设备,点击“完成”。

使用数据编辑器创建数据监控表:

数据编辑器可以编辑/创建数据监控表或显示数据表。通过数据表可以对应用程序数据和设备寄存器进行读/写访问。写访问受密码保护。数据编辑器界面如图 2所示。

图2 数据编辑器

图2中:①为工具栏。按从左到右顺序,各按钮分别表示:创建新对象;保存当前应用程序;复制对象;粘贴对象;删除对象;更改密码;启动或停止动态显示。

②为数据编辑器模板。显示数据的符号,地址,数据类型,值,格式及状态。

③为所有数据模板的列表。

④为配置区。能够选择/修改符号;修改符号值;选择/修改地址;选择变量类型;选择变量的显示格式;选中只读选项。

参照PLC程序,把每一个需要监视的数据的符号、地址、类型及格式四个属性逐一添加到数据监控表中。数据监视表的编辑在浏览器中的显示效果如图3所示。

图3 数据监视表在浏览器中的显示效果

使用图形编辑器创建图形界面:

图形编辑器是一个Java小程序,它可让用户使用一组预先定义的图形对象,通过Web浏览器创建动态的图形显示。图形编辑器用作一个创建和修改显示的编辑器。图形查看器是用来查看显示运行时的环境,并且可以动态地呈现来自PLC的运行数据。此查看器比编辑器轻便,因而加载时间更短,操作速度更快。Web Designer提供了标准及扩展两套模板:标准模板提供了水平/垂直指示器、水平/垂直滑动模块、水平/垂直选择器等控件;扩展模板提供了条形图、位图、图形链接、指示灯等控件。由于控件数量较多,本文只详细介绍本系统所使用的控件编辑方法。

配置模拟测量计:双击该控件,打开属性编辑对话框。地址选项填入要监控的直接地址或符号(变量)的地址(电流值地址);数据类型选择直接地址或符号(变量)的数据类型(整形);选择背景颜色(白色);选择图形对象中显示的标签(A);选择标签的颜色及字体(黑色);选择主/次标度区分度(6, 30);标度的颜色及字体(黑色);标度精度(0);最大/小值(300/0)。

配置数字显示器:选择与上面相同的地址,选择显示精度(0.01)。这样,使用模拟测量计与数字显示器组合显示的方法就实现了电流表显示功能,如图 4所示。使用同样的方法配置功率因数表,频率表以及电压表。

图4 电流表

配置指示灯及旋钮:双击控件,打开属性编辑对话框。地址选项填入要监控的直接地址或符号(变量)的地址(电流值地址);数据类型选择直接地址或符号(变量)的数据类型(布尔形);选择背景颜色(白色);选择图形对象中显示的标签(CB CLOSE);选择标签的颜色及字体(黑色);选择监视地址值为“0”时按钮状态;选择监视地址值为“1”时按钮状态;默认状态下值(0),如图5所示。

配置趋势记录器:双击该控件,打开属性编辑对话框。地址选项填入要显示的直接地址或符号(变量)的地址(电流值地址);数据类型中选择直接地址或符号(变量)的数据类型(整形);选择背景颜色(白色);选择图形对象中显示的标签(A);选择标签的颜色及字体(黑色);选择主/次标度区分度(5, 25);标度的颜色及字体(黑色);图标更新时间(0.5 s);标度精度(0);最大/小值(500/0)。

图5 按钮及旋钮显示效果

各个基本图形对象编辑好后,使用布局控件对界面进行布置。按照上面的方法分别编辑好 1、2、3号发电机组监视屏、同步并车屏以及 1、2、3号发电机运行情况记录屏共计 7个监视界面。数据监控表和图形界面编辑好后将项目保存。选择目标,传输选项,找到通讯模块地址,将项目上传到模块中。在浏览器中输入通讯模块地址进入缺省界面。

选择需要监视的界面,如需要对 2号发电机组运行状况进行监视,选择GEN2进入界面,如图6所示。