用PLC设计的温度在线报警系统，用于监测电缆中间接头的温度

由于输电线路本身存在一定的电流抗阻，在电流通过的时候，不可避免的会由于电能转换为热能而导致输电线路产生一定的热量。如果热量过高，则很有可能导致输电线路由于过热而损坏。

同时，由于在输电线路之中存在大量的电缆接头，由于存在电缆头接触不良、压接头不紧、绝缘强度损坏等问题都可能导致温度的异常升高。因此，电缆接头相较于电缆的其他部位更容易损坏，不仅仅可能导致电缆损毁，同时还必然导致大面积的停电，甚至可能引发火灾事故。

然而，在当前的技术条件之下，我们还无法避免电缆接头的发热问题，只能够针对这一现象研发电缆温度实时监控系统，从而及时的发现温度异常现象，并且有针对性的采取相应的措施，将危险消灭在萌芽状态。因此，从这个角度来看，对10KV电缆中间接头温度的在线监测报警系统的研究具有一定的现实意义。

电缆中间接头温度在线监测报警系统的方案设计

1 系统方案设计

针对电缆中间接头的温度过热现象的物理特征，文章拟采取以温度检测为主要检测手段，同时辅以烟雾检测作为温度检测失灵条件下的补救措施，并且整合电话报警系统。

除此之外，为了防止传感器由于电缆接头爆燃或者炸裂过程中受损，导致无法向上位机传输信号，本文设计的是多主机系统，即每一个传感器对应的都是一个主机，主机之间可以相互通信，并且通过RS485现场总线向上位机系统设计方案如图1所示。

图1 基于单片机的多主机通信系统方案

如图1所示，基于RS485现场总线实现的单片机多主机通信系统的各个传感器终端都是主机，在通常状态之下都处于信息接收状态，只有在某个终端需要向上位机以及其他主机发送数据的时候，才转换成发送状态，向RS485现场总线发送数据。

这种系统设计方案的优势在于改变了过去的主机轮流循环询问各个从机的操作流程，各个终端设备之间的通信变成了按需发布信息或者接收信息，从而减少了单个主机的负荷，提升了系统的实时性。在终端设备需要报警的时候，能够及时的报警，并产生其他的一系列的连锁动作。但是，在该方案之下，需要解决一个重要的问题就是通信协议的解决问题。

2 硬件选型

本方案的关键硬件为PLC，文章选择西门子PLC SP300以及三菱PLC FX2N。上位机采用的是西门子PLC SP300，西门子PLC SP300用于对过程处理能力和响应时间要求很高的应用。

通过其工作存储器，该PLC也适用于中等规模的应用。该PLC的微处理器每条二进制指令执行时间约100ns，每条浮点数运行指令约3µs，具有96 KB 高速 RAM（相当于大约 32 K 的指令）用于执行相关的程序部分，为用户程序提供充分的空间；微存储卡（最大8 MB）作为程序的装载存储器，也允许在 CPU 中保存项目；拥有多达4排结构的32个模块；内置 MPI 接口可以最多同时建立 12 个与 S7-300/400 或与 PG、PC、OP 的连接。

在这些连接中，始终分别为 PG 和 OP 各保留一个连接。通过“全局数据通信”，MPI可以用来建立最多16个CPU组成的简单网络。各个设备终端主机采取用的是三菱PLC FX2N，其具有小型化、高速度以及高性能等特点，编程简单，除输入出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等。

在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256点的灵活输入输出组合。可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。除此之外，还可根据电源及输出形式，自由选择程序容量。因此，该PLC组合能够完全满足系统功能的需求。

温度传感器选用的是DS1820传感器，该传感器是美国达拉斯（DALLAS）公司生产的单线数字温度传感器，具有低功耗、高性能、抗干扰能力强以及适配性好等特点，在多点温度测控系统之中应用较为广泛，能够直接将温度转化成串行数字信号，从而供PLC处理。

除此之外，在每一个传感器之上都有唯一的产品序列号，并且能够存储在其Rom之中，这就使得在构成大型温度监控系统的时候，在但线上挂接任意多的传感器都是可行的。

由于DS1820传感器自身的设计较为科学合理，从其中读取或者写入信息都只需要一根口线，其读取温度或者变换频率都来源于数据总线，而且总线本身还兼有给芯片供电的功能，不需要额外的电源，因此能够有效的减少布线的难度和工作量，而且该芯片能够提供9位数的温度读数，不需要任何的其他外围硬件的检测就能够方便的构成温度监控系统。

通信方案的设计

本方案的通信是基于西门子PLC以及三菱PLC自身的通信模块，依据MODBUS协议，通过主站/主站的模式进行数据通信。

该通信是通过现场总线RS485实现的。而各个设备终端主站之间的通信则是利用三菱PLC FX2N的串口通信模块，并且在PLC之上增加一个CP340串口通信模块，运用主站广播模式，向各个设备终端发布查询命令通信程序包括了信息的发送、接受、验证以及校验计算等几个部分，其基本结构如表1所示。

表1 串口通信数据结构

设计的方案包括了两个PLC，因此进行通信模块的设置时也要在两个通信模块分别进行设置。

首先，在西门子PLC S7-300中，设置工作模式为RS485，然后将串口设置为9600.8.1.None，将通信模式选择为双工通信，其余设置采用默认设置，完成组态编辑之后，保存设置，并将其下载到PLC站点之中。

完成西门子PLC的通信模块设置之后，继续对三菱PLC FX2N进行设置，由于三菱PLC FX2N的通信接口型号为FX2N-485-BD，该通信模块实际上采用的是双芯屏蔽电缆，屏蔽层接入SG，电缆的双芯分别接入的是SDA以及SDB。可以依据三菱PLC FX2N随机自带的通信手册采用无协议通信方式，利用MODBUS通信协议原理自行设计具体的通信规则。

结论

对电力电缆的中间接头温度进行实施检测，不仅仅能够及时的发现电缆接头部分局部过热问题，及早处理安全隐患，同时也能够为电力电缆的符合调控或者动态增容提供依据。基于单片机的10KV电缆中间接头温度在线监测报警系统具有低成本、高便捷性的特点。

但是，现有的单片机通信系统在应用的过程中存在较多的缺点，关键是在于其主站/从站的通信模式，使得各个设备终端之间无法实现直接通信，而设备终端与上位机之间的通信也只能够完全遵循主机轮流循环询问各个从机的操作流程，使得主机的负荷较高，处理效率得不到保障，一旦出现温度异常无法及时报警处理。

本文研究了一种基于RS485现场总线以及串口通信的多主机通信网络系统，在上位机与各个温度、烟雾传感器之间通过RS485现场总线进行通信，提升了通信效率，而各个设备终端之间则通过串口通信实现相互之间的直接通信，进一步降低了上位机的工作负荷，同时也确保了通信的实时性，在功能性和效率性方面都得到了有效的保障，能够及时的侦测电缆中间接头温度异常现象，因此具有很好的发展前景。

本文编自《电气技术》，标题为“10kV电缆中间接头温度在线监测报警系统”，作者为阮浩洁、姚延军。

聊一聊PLC中的7段数码管指令

引言： 昨天的文章讲了SWAP字节交换指令的作用和使用注意，但是没有讲清楚什么时候要用SWAP指令。今天结合7段码指令的讲解，会让大家对SWAP的使用条件或者说使用环境有一个更直观的认识。

正文：

7段数码管也或者叫7段码显示器，它们的共性就是存在7个显示段，在西门子200PLC中，对这7个显示段的顺序做了如下的规定，请看图：

7段数码管显示的显示管编号

这个图片大家看到了对数码管显示的编号，进一步说就是这7个数码管要被7个DO点分别激活，然后才能组合成一个数字显示出来，所以如果真有使用的朋友在接线的时候需要注意引脚的对应关系！

上边是对数码管的硬件进行了一点简述，下边来看一下7段码指令，也就是SEG指令：

SEG指令的梯形图表示符号

SEG指令也是很简单的一个指令，就是将IN处的字节中的值生成一个点阵并存入到OUT指定的变量中。这里要求IN/OUT的格式为字节，当然像AC0这样的累加器可以自适应。至于OUT处生成的点阵，接下来通过触摸屏演示时我们可以看看！还有一点需要说明的是西门子200PLC中的SEG指令，输出的段码点阵的组合，只能显示0-9-A-F这样的16进制字符！

到这里，数码管的引脚和7段码指令都介绍完了，我并没有7段码显示器的硬件，但是我又触摸屏的软件，可以把电脑模拟成触摸屏，因此我将在触摸屏上绘制出来一个7段码！

一直关注和观看我文章的小伙伴，应该记得我前边多次说过台达的触摸屏软件DOPsoft是可以把电脑模拟成触摸屏和西门子200PLC的硬件在线模拟的。所以，今天我还是在这个软件上做画面！

先来看一下画面的变量关联：

台达触摸屏软件上组态元素的关联变量

7段数码管的图形就是M0.0-M0.6这样的7个点，在实际工程中应该使用的是Q点，比如Q0.0-Q0.7。下边的一排指示灯是M0.0到M0.7每个位的状态指示灯。

需要特别说明的是VW0这个数值输入框：

台达数值输入框的变量中没有字节类型

从这个图片上可以看到，我用这个数值输入框去关联西门子200PLC中的变量时候，台达这里只提供了VW/VD这样的字或者双字类型的选项，而没有字节类型的。上边我说7段码指令SEG的输入是要求输入字节型变量，所以问题就来了，我想在触摸屏上输入一个值最好是能关联到字节型变量，比如VB0，可是偏偏台达的软件中没有VB0这样的选项，我只能选VW0或者VD0，那么想要继续使用台达的触摸屏就只能在程序中像办法，把VW0和VB0建立一个联系！

来看一下我最终的程序吧：

在台达触摸屏上演示7段码指令的最终程序

这个图片就是最终的程序，因为触摸屏上只能输入VW0，而我下边的程序是使用VB0去连接SEG指令，所以就要把VW0中的高低字节进行一个交换。（结合我昨天的文章，向VW0中写1的时候，其实是向VB1中写1，V1.0=1，所以这里如果不使用SWAP指令的话，那么SEG的输入处应该写VB1，这样程序就很简单了！）

再来看一下这个程序运行时对应的画面动态图：

7段数码管在触摸屏画面上的运行动态图

从这个动态图可以看到，当值为0的时候，M0.0-M0.5这6个点全部输出了，只有M0.6也就是最中间的那根横线没有接通，这样图形就围合成一个0的图形。

当输入值1时，图形显示为1，但是数值输入框那里还是显示的VW0的值，它很快就又变为256，这是为何？？ --原因是我输入1是向VW0写入1，它本应该显示1的，而且这里的写入1，其实是向VB1中写入的1。因为最初VB1=VB0=0，当想VW0中写入1，即VB1=1，此时VB=0，这样VB1和VB0就不相等了，就触发上升沿，让SWAP指令执行了一次。SWAP执行一次后，VB1=0，VB0=1，这样VW0=256了。--如果这段话，看的不明白，就要结合昨天文章中的表格，多看两遍，应该就可以明白了！

其实到这里该讲述的基本都差不多了，但是为了让大家更清楚，还是来看一下我上边说的直接用VB1去关联SEG指令的情况，程序如下：

利用VB1去连接SEG指令的最终程序

这个程序就非常简单了，这是建立在对VW0，VB0，VB1的关系非常了解的基础上的。如果，这里的程序不注释，那么其他人看程序和画面的时候就会有点疑惑，画面上是VW0，而程序中是VB1，所以这种情况最好是备注一下。

来看一下这个简单程序的运行画面：

使用VB1连接SEG指令时运行画面

这个画面的显示就是一对一了，非常直观了，证明利用VB1去关联SEG指令是一个更好的方法。

文章到此就结束了，通过今天文章的两个程序和在画面上的显示，我想朋友们应该对SWAP指令和SEG指令有了更深入的认识，同时也说明了基础知识的重要性。实现同样的功能，有的程序就更简洁，而有的就稍显复杂，且理解起来也有点费神，再简单的指令也会造成一些难于理解的情形，所以大家还是需要在编程的时候多思考，同时还应该重视每个指令和每个基础知识的研究和记忆！

希望朋友们能喜欢，如果有问题请关注+留言，谢谢！

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