一种基于PLC技术的远程电量监测系统的设计

李友堂++李佳茜++孟凡强++张亮

摘 要基于传统电量监测模式的缺陷，本文设计了一套以S7-200 SMART PLC为主站控制核心，以EPC-9033智能监测模块为从站的新型电量检测系统。本系统主/从站之间利用Modbus协议组成通信网络，实现了多模块之间的轮询通信。而控制器与PC机之间采用工业以太网通信，优化了通信方式。上位机利用西门子公司的WinCC组态软件编写制作了优良的人机交互界面。本系统是综合了现代计算机技术、自动控制技术、通信技术以及WinCC用户系统技术发展起来的一种通用的电量监测系统。

【关键词】Modbus通信 WinCC 智能监测 远程

1 系统结构

该系统以小型异步电动机作为用电设备，进而研究整个电路网络中各电量参数的监测问题。该系统下位机以S7-200 SMART PLC为主站，多台EPC-9033智能监测模块为从站，主/从站之间通过Modbus RTU通信协议完成通信，利用step 7 smart 软件编写网络配置，实现PLC与多台EPC-9033智能模块之间的轮询功能与数据传输；控制器与PC机之间采用工业以太网通信，实现了电量的远程监测，降低了设计成本；同时上位机采用西门子公司的WinCC组态软件编写了优良的人机交互界面，实现了对监测值的实时可视化处理，归档处理以及历史数据查询报表打印与报警等功能。系统结构如图1所示。

2 监控系统设计

系统中每个用电设备配有一个智能监测模块，该模块可监测读取电网中各电量参数。设置模块通信方式选择Modbus RTU通信协议，设置模块通信地址为1、2、3、…，以及选择传输波特率为9600bit/s，并以RS-485接线方式连接控制器PLC与监测模块。利用上位机step 7 smart 软件编写网络配置，如图2为模块通信参数程序设置，最终完成主从站之间的通信，实现数据的传输。

3 人机交互界面设计

该系统上位机采用西门子公司WinCC组态软件设计。监测数据经由监测模块传入控制器PLC中，利用PC ACCESS軟件可以实现S7-200 SMART PLC中数据与WinCC的连接。如图3所示，WinCC组态软件可以实现整个系统人机交互界面的制作，同时通过该上位机软件可以进行过程值归档、历史数据查询、实时曲线显示、历史曲线显示、系统报警、报表打印等功能的操作。

由下位机传入的数据，利用WinCC内置控件对其完成归档处理，可以人为确定归档周期（例如一个星期或一个月）。可根据实际需要利用WinCC内置工具对传入数据曲线化处理，进行可视化分析。

在整个设备运行过程中，不可或缺的一个环节便是报警系统的设置。而在该设计中利用WinCC内置工具对各用电设备的电量参数进行了实时监测，当监测值超出安全值范围时，监测画面能及时显示当前的电量参数值，并显示红色画面预示报警，当系统正常运行时该系统显示绿色画面，以示系统正常运行。

为了方便企业工作人员对设备用电量的管理，该系统上位机界面中添加了数据查询功能。可根据工作人员的实际统计要求，如按照时间段、用电量大小进行查询等等，用VB脚本编写数据查询的程序，将存储在数据库中符合条件的数据查询出来，并通过WinCC图形编辑器中的MSFlexGrid控件显示出来。根据实际生产生活需要，该项目中利用WinCC内置控件将归档的历史数据导出到Excel表格中，可分别组态布局、以表格或图形方式统计数据，从而完成报表设计，最终实现报表打印功能。

4 结束语

本设计利用Modbus通信协议组成通信网络，实现了对电网电量参数的远程实时多点测量；并利用优良的上位机界面，做到了对数据的存储、分析与查询。利用该新型电量监测系统可以使工作人员在值班室内就能实时了解整个现场的设备运行与电量监测情况，进而解放人力物力，大幅度提高生产生活中的实际工作效率。

作者简介

李友堂 （1995-），男，甘肃省白银市人。大学本科学历。

作者单位

辽宁工业大学电气工程学院 辽宁省锦州市 121000