基于西门子S7-200PLC的64D半自动闭塞故障诊断系统

2010年5月 第46卷第5期 铁道通信信号 RAILWAYSlGNAUUNG&COMMUNICATION Mav2010 VoL46No．5 基于西门子S7—200PLC的 64D半自动闭塞故障诊断系统 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。 1 641)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 ·中铁第一勘察设计院通信信号处高级工程师，710043西安 收稿日期：20lO．0l-2l 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 换为一5—5V的信号，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。 l继电器状态监测}=爿 P==4声光报警 L l殁钮茯念盟铡广—叫 C ==爿 触摸显示屏 I，rr甄吧压trrt删r—叫 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 一53— 万方数据 铁道通信信号2010年第46卷第5期 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。 图2继电器状态 实时数据库中添加系统中所有的变量，并且 定义相应的变量类型，设置报警优先级和类型。 运行策略中设置系统中应用到的各种策略，包 括系统启动、退出、报警、数据保存以及时间循环 等，是系统中必不可少的一部分。 触摸显示屏从PLC的固定地址中读取各个变 量的数据，并且根据变量的变化，在触摸显示屏上 动态的显示。 4结束语 西门子S7-200PLC功能强大，编程方便，可靠 性高，应用灵活方便；触摸屏显示美观，操作方 便，组成的监控系统简单、紧凑、可靠。经过现场 测试及验证，该系统非常可靠，完全能满足对64D 半自动闭塞系统的监测，适应于现场的要求。 (责任编辑：陈宝安) (上接第23页) 将更加安全、可靠、准确，但这样传输的数据量要 相应增大；②物理层目前采用双绞线接口的普通网 线传输数据，如果改用计算机联锁系统的光纤传输 方式，也就解决了采用CSM与其他各子系统间增 加2层安全引起的传输数据量增加问题，同时 也就避免网络阻塞的可能。以上2点建议都是需要 在增加软硬件成本的前提下才能实现，因此，需要 在确保安全可靠的前提下考究成本与效率的合理 性、可行性搭配，为今后的CTCS-3级列控系统发 展中选择更优，进一步提高整体系统的安全性 ·-———54．--—— 和可靠性，实现整体系统零故障率，并兼顾高效舒 适性做一个可行性的铺垫。 参考文献 [1]科技运[2008]34号．CTCS-3级列控系统总体技术方 案(V1．0)。 [2]EN_50159—1：2001．Railway印plications—Communica· fion。signalingandProcessingsystems-Part1：Safer-re— latedcommumcafiOnindosedtransmissionsystems铁道 应用：封闭式传输系统中安全通信要求． [3]EN-50159-2：2001．Railwayapphc砒ions—Communica- tion，signalingandProcessingsystems-Part2：Safer-re— htedcommunicationinopentransmissionsystems铁道应 用：开放式传输系统中安全通信要求． (责任编辑：沮志红) 万方数据