plc编程 recv 采用PLC作为通信控制设备，解决变压器信号远程传输难题

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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采用PLC作为通信控制设备，解决变压器信号远程传输难题

在某电厂110kV变压器改造过程中，针对变压器现场信号多、与后台传输距离远等特点，保定天威集团特变电气有限公司的研究人员许金红，在2021年第1期《电气技术》上撰文，提出并采用通过可编程逻辑控制器将变压器二次开关量信号、模拟量信号转化成数字信号再经由光纤通信传到远方后台的方法，成功解决了实际困难。

在某电厂110kV变压器改造过程中，二次信号的远程传输中发现3个难题：①新增的变压器本体二次信号较之前增加很多，增设电力电缆困难；②变压器与后台测控系统的传输距离较远（800m），干扰源较多，模拟量信号衰减大，容易失真；③后台系统沿用以前老式的监控系统，必须考虑新变压器与老式后台系统的兼容问题。

考虑到以上几点，本文中提出对变压器本体二次信号采用可编程逻辑控制器（programmable logic controller, PLC）转化成数字信号，并更换为通过光纤传输数字量，由光纤传输到达监控室之后再将数字信号转化成模拟量和开关量，实现与后台系统的对接。该项目具有节省成本和安全可靠的优点。

1 系统组成及原理

1）变压器信号采集量

本项目中从变压器本体采集并需输送的信号包含光纤测温信号5路，全部为4～20mA模拟量；油温、油位、瓦斯报警、光纤报警开关量信号15路和1路PT100温度远传信号。采集到的信号传输到控制室后，15路开关量和5路模拟量仍保留不变，传至后台的1路PT100经转化为4～20mA模拟量后接入监控系统。

2）硬件组成

硬件设备由PLC及其扩展模块、光电交换机、单模光纤等组成。

根据设备采集及输出的开关和模拟量数量，项目中采用两台西门子ST40型CPU模块、一个EM AI08模拟量输入模块、两个EM AQ04模拟量输出模块，一个EM AR02热电阻模块，完成模数转换和通信功能。

其中一台PLC放置在变压器端控箱内，用来将本体的二次开关量和模拟量转化为数字信号，另一台置于控制室，用于将数字信号转换回开关量和模拟量。光电交换机采用工业级MIENI1203型，用来将PLC转化的数字电信号转成光信号或将光信号转化回电信号。

3）工作原理

本系统主要工作过程是通过以下途径实现的：PLC作为主要数据采集和模数转化元件，首先将采集到的测控信号通过PLC转化成数字量，再经光纤交换机把电信号转换成光信号传输出去；在后台通过另一台光电交换机接收光信号，并通过后台的光电交换机接收后由后台PLC把信号转换回模拟量和开关量，两台PLC通过以太网、光纤网络组建网络通信，通过以太网协议实现两台之间的信息发送和接收。系统组成框图如图1所示。

图1 系统组成框图

2 软件编程测试

西门子S7-200 SMART CPU提供一个以太网端口，因此两台PLC可以方便地通过以太网口连接至光纤设备实现信息交换。本项目以太网通信协议采用TCP通信协议。TCP是一个因特网核心协议，在以太网通信的主机上运行的应用程序之间，TCP提供了可靠、有序并能够进行错误校验的消息交互功能。TCP能保证接收和发送的所有字节内容和顺序完全相同。

对S7-200 SMART之间的TCP通信，双方通过调用开放式用户通信指令库中的指令即可实现。

2.1 变压器端PLC编程

1）设置变压器端PLC IP地址

将变压器端PLC地址设置为192.168.0.101，如图2所示。

图2 设置变压器端PLC IP地址

2）建立变压器端PLC TCP连接

调用指令库中的TCP_CONNECT指令建立TCP连接，参数设置如图3所示。设置连接后台PLC地址为192.168.0.102，远端端口为2001，本地端口为5000，连接标识ID为1。

图3 设置TCP_CONNECT指令参数

3）调用发送数据指令

调用TCP_SEND指令发送以VB0为起始地址，数据长度为VW100内存储数据，发送到连接ID为1指定的后台端PLC。变压器端TCP_SEND指令的参数设置如图4所示。

图4 设置TCP_SEND指令参数

2.2 后台端PLC编程

1）设置后台端PLC IP地址

参照图2，设置IP地址为192.168.0.102。

2）建立后台端TCP连接

参照图3，调用TCP_CONNECT指令建立TCP连接。设置变压器端地址为192.168.0.101，远端端口为5000，本地端口为2001，连接标识ID为1。

3）后台端接收数据

后台端PLC调用TCP_RECV指令接收变压器端PLC发送的数据。接收的缓冲区长度为VW100内存储数据，数据接收缓冲区以VB1000为起始。后台端接收数据指令的设置如图5所示。

2.3 数据传输测试结果

按照图2—图5进行硬件连接和测试，并对PLC编程，进行数据传输试验。在图6中，VW0是变压器端发送的开关量数据，VW50是变压器端发送的1个模拟量数据，VW100是发送的数据长度。图7中，VW1000是后台端接收的对应开关量数据，VW1050是后台端接收的对应模拟量数据，VW100是接收的数据长度。

通过变压器端PLC发送数据和后台端PLC接收数据一致性测试，数据结果显示：开关量数值完全相同；模拟量数值由于模拟量处在动态变化中以及传输的稍有滞后，结果稍有偏差，但从数值看差值很小，仅万分之三左右的误差，满足监测精度，达到了预定目标，证明方法可行。

图5 后台端TCP_RECV指令设置

图6 变压器端发送的数据

图7 后台端接收的数据

3 结论

通过本项目的软硬件实施，验证了其数据的准确性。系统运行可靠，获得了成功。本项目具有以下几方面的显著优点：

1）采用PLC作为通信控制设备，软、硬件设计简单，响应迅速，运行可靠。

2）采用光纤/以太网通信的方式，避免了铺设大量的电力电缆，可节省大量人力、物力，从而更节材。

3）采用光纤传输的方式，传输距离长，环境适应性强。

本文编自2021年第1期《电气技术》，论文标题为“基于PLC的光纤通信技术在变压器远程监控中的应用”，作者为许金红。

LabVIEW通过以太网与西门子S7-1200PLC通信，制作你自己的WINCC

原创不易，请勿抄袭！

很多人可能听过或者用过这个软件，其实简单来说就是一个信息采集的系统，在工业中，对应的就是人机界面，类似于WINCC，INTOUCH，组态王等等，近几年在国内很火，今天和大家分享一下。

其实，建立自己的人机界面的方式有很多种，其中包括文中所讲的Labview，除此之外作者还使用过VB运用prodave驱动或者Libnodave驱动连接PLC数据制作画面，也非常好用。都是非常好用且有趣的应用，而且使用这些小众化的方式可以使得编出来的人机界面很高大上，最重要的是没有刻苦学习过的人无法更改或者判断故障，也就是不可替代性！搞工控的都知道不可替代性代表了什么,尤其是在每年数万电气自动化毕业生就业的前提下。

除了上述的目的，我觉得对于这些应用，一般的工控人员来讲只需要简单了解，需要用的时候再去研究学习即可，毕竟自动化知识不是纸上谈兵，没有实际应用再好的学生也学不来。

好吧，开始我们今天的案例！

一概述

西门子S7-1200 PLC支持多种协议通过以太网通讯方式，如OPC、TCP、S7、MODBUS-TCP等。TCP方式相比其它协议，具有更多的灵活性，更快的数据响应等优点，本人即介绍LabVIEW通过TCP方式与S7-1200 PLC通信。

S7-1200 PLC的TCP通信方式，称之为“开放式用户通讯”，通过以太网发送或读取数据。

二测试硬件和软件

硬件包括：

博途S1200PLC：CPU 1215C和PC一台；

软件包括：

博途 TIA V14 SP1和LabVIEW 2012 或以上版本

编程思路分为两步；

1PLC编程：配置PLC --> 添加发送和接收数据块 --> 发送数据程序 --> 接收数据程序 --> 编译下载

2LabVIEW编程：创建TCP连接 --> 接收或发送数据 --> 关闭连接

三操作步骤

3.1 CPU配置

1 打开 TIA Portal，创建项目，添加CPU为1215C。

2 双击“设备组态”，切换到“设备视图”，点击CPU，右键选择属性。

3 在常规栏，选择PROFINET 接口[X1]/以太网地址属性，设置CPU的IP地址，本例设置为 192.168.0.10，如下图所示：

4 在常规栏，选择系统和时间存储器属性，启用系统存储器字节和时钟存储器字节，如下图：

5 如果传输的数据量大，且实时性要求高，可选择通信负载属性，把由通信引起的循环负荷由默认为20%，提高到 50%。

3.2 添加数据块

1 添加发送数据块。该数据块用于存储PLC向LabVIEW发送的数据。点击程序块/添加新块，在打开的对话框中选择数据块，输入名称，如 PlcSendData ，类型可选择全局DB。注意如果不一次性传输大量数据，可以直接使用PLC变量，单次发送一个数据，不需要创建数据块。

2 打开该数据块PlcSendData ，添加数据，名称如 ArySendData，选择数据类型Array of Byte，即字节数组，数组长度设置为10。

3 修改数据块属性。选中数据块PlcSendData ，右键属性，在属性栏去掉优化的块访问，以支持绝对寻址模式。

4 添加接收数据块。该数据块用于存储LabVIEW向PLC发送的数据。数据块名称PlcRecvData，数据类型Array of Byte，操作方法同步骤1、2、3。

3.3 编写发送数据程序

1 打开 Main 程序

2 添加指令通信/开放式用户通信/TSEND_C到程序段1，调用选项的数据块名称采用默认。

3 配置 TSEND_C 的通讯参数。选中 TSEND_C，右键属性，切换到组态页，选择连接参数属性。伙伴项选择未指定，连接数据选择新建，系统会自动创建一个连接数据 ，如PLC_1_Send_DB。输入伙伴的IP地址，如192.168.0.12。由伙伴主动建立连接 ，PLC的端口可保留默认的2000。连接类型为TCP，连接ID采用默认值。（注：所谓伙伴即与PLC通信的另一方，可以为上位机PC、HMI等）

4 配置 TSEND_C 的输入输出。TSEND_C在检测到参数 REQ 上升沿时执行发送作业，因此每次发送数据时，都应在REQ上产生一个脉冲，此处为了简便，调用系统时钟 Clock_10Hz（每秒10次），周期性的发送数据。参数DATA为待发送的数据，此处调用数据块 PlcSendData。注意 DATA采用纯符号寻址时，发送 LEN 应设置为0，而采用绝对寻址时，应设置为实际发送数据的长度。通讯状态参数 DONE\BUSY等按需要连接。

3.4 编写接收数据程序

1 添加指令通信/开放式用户通信/TRCV_C 到程序段2，调用选项的数据块名称采用默认。

2 配置 TRCV_C 的通讯参数。选中 TRCV_C，右键属性，切换到组态页，选择连接参数属性。伙伴项选择未指定，连接数据选择3.3 步骤自动创建的数据，如PLC_1_Send_DB，切记不要选择新建 （此例的通讯连接为自动创建，因此发送与接收共用一个连接，必须保持一致才能正常通讯）。

3 配置 TRCV_C 的输入输出。TRCV_C在检测到参数 EN_R 为1时启动接收。参数DATA为数据接收区，此处调用3.2步骤所创建的数据块PlcRecvData。注意DATA采用纯符号寻址时，接收 LEN 应设置为0，而采用绝对寻址时，应设置为实际发送数据的长度。通讯状态参数 DONE\BUSY等按需要连接。具体参数信息请查看帮助文档。