基于西门子 S7-200PLC的64D半自动闭塞故障诊断系统

2010-05-14丁军

铁道通信信号 2010年5期

关键词：自动闭塞模拟量线电压

丁军

新一代 PLC不仅能实现一般的逻辑控制,还具备了包括模拟量在内的数值处理和网络通信等功能。通信能力的增强,使 PLC可通过网络构成分布式系统,从而便捷地完成复杂的控制要求。

1 64D半自动闭塞故障诊断系统要求

1.监测半自动电路动作顺序,发现错误故障及时报警。

2.监测车站值班员办理区间半自动操作程序和意图,实时记录并保留。

3.实时记录两车站之间半自动外线电压值、脉冲极性,以确定外线断线、混线等故障。

4.监测继电器励磁、缓放和自保状态,以判断继电器故障和电容故障。

5.存储线路电压值、车站值班员办理过程、继电器动作顺序、故障信息、历史数据等,每条记录信息附有相应实时时钟,供分析故障参考。

2 硬件组成

根据 64D半自动闭塞故障诊断系统的要求,确定该系统的硬件组成,主要包括中心处理单元、扩展模块、人机界面、传感器、辅助电源等。

1.中心处理单元采用 S7-200系列中的 CPU 224XPCN,该单元本身具有开关量输入和开关量输出接口,及 2个通信口,可以根据不同的要求,设置各自的通信速率,方便灵活。在满足中央处理单元与人机界面通信的同时,还可以扩展与微机监测或别的上位机的通信。

2.该系统监测 16个开关量和 1个双极性脉冲模拟量,因此需扩展 1个开关量模块 EM221和1个模拟量模块 EM231。

3.人机界面采用北京昆仑通态的面向现代工业的彩色触摸式显示屏,人机界面作为主站与 PLC实时通信,从 PLC中读取各个变量的数值,经过处理后非常直观地把 PLC采集到的数据显示出来,报警信息自动弹出,并记录历史信息,方便故障查找及分析。

4.传感器将外线上传输的正、负脉冲电压转换为 -5～5V的标准信号,传送给模拟量输入扩展模块 EM231进行 A/D转换,然后通过 CPU进行数据处理。

5.辅助电源为各单元模块及传感器提供工作电源。

3 软件设计

软件设计分为 PLC主控单元部分和人机界面上位显示 2部分。

1.PLC部分需要完成以下几个功能:监测外线上的直流脉冲电压、继电器状态及动作顺序的正确性,监测按钮的状态,并且根据联锁关系,判断是否有故障产生,输出驱动声光报警器,把采集的信息经过处理在触摸显示屏上显示出来。系统软件功能框图如图 1所示。

图 1 64D半自动闭塞故障诊断系统软件功能框图

被监测量分为数字量和模拟量 2种,因此,在采集处理中也分为 2部分,继电器状态、开关状态等利用 CPU模块自带的数字量输入口和数字量扩展模块进行采集;而外线电压则利用扩展的模拟量扩展模块 EM231进行采集,采集到的数字量不需处理,只需分配一定的地址空间即可;而模拟量则需进行滤波、转换、显示等多个环节的处理。除了硬件电路的滤波之外,在内部程序处理中采用了“加权滤波”的滤波方式。PLC软件的主程序采用S7-200PLC的顺序控制指令 SCR、SCRT、SCRE,按照闭塞过程检查各部分的状态及运行情况是否正确,并且把采集到的继电器状态、按钮状态等开关量信息按照位 (bit)格式存放,外线电压的脉冲值处理后按照字格式 (word)存放在 PLC的指定区域。

2.触摸显示屏需实现以下功能:通过通信电缆实时显示作业过程、继电器状态、外线电压以及当前故障等信息。历史记录能够满足故障诊断要求,可记录半自动闭塞的控制台按钮的动作过程、作业过程、外线电压的历史数值和历史故障信息。每条记录信息附有相应实时时钟。

触摸屏显示程序的编写采用 MCGS组态软件嵌入版,需要设置主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五大部分。

主控窗口主要设置运行和退出系统,设置运行系统时只需在脚本程序中调用!SysWindow()函数,设置系统退出时在菜单操作中选择 “退出运行环境”即可。

设备窗口主要设置触摸显示屏与 PLC的通信功能,MCGS组态软件嵌入版中有可供选择的多个厂家的设备驱动,因此,设置设备窗口也较为简单。首先选择通用串口父设备,在其子菜单中选择西门子 S7-200PPI,并且分别设置通信方式和 PLC中的各个变量类型已经在 PLC中的地址,在系统运行时通过触摸显示屏便可以从 PLC中读取数据。

用户窗口可以根据用户自己的需要,灵活地编辑各种画面,并且可以在用户画面中采用多种表现形式直观地显示出各变量的数值或者状态,在图形中定义好各个变量对应的 PLC地址即可。图 2所示为继电器状态图,其中各个继电器的状态根据PLC中对应数据的变化动态刷新。