S7-200 PLC在轨道交通直流牵引监控系统中的应用

1引言

　　近年来随着城市轨道交通自动化系统的快速发展，很多大型设备的监视和控制都选用微型plc进行改造。对某些控制点少而控制逻辑又较复杂的小型设备来说，微型可编过程控制器紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格、强大的指令以及较高的可靠性和简便的维护近乎完美的满足了小规模的控制要求。如750v直流开关柜的测控单元开关整流器的监视单元和400v开关柜的测控单元等均采用了plc可编程程控制器，给安装、运行、维护带来诸多的便利。以下给出的就是s7-200plc在北京轨道交通五号线直流牵引监控系统中的一个典型应用实例。

2 需求分析

　　2.1控制网络

　　城市轨道交通供电系统是自成体系的配电系统，包含有传统的交流供电系统和直流牵引供电系统两部分。为了实现整体系统的安全可靠运行，必须实现电力系统的调度、运营和管理的自动化。变电站综合自动化系统是轨道交通供电自动化的基本组成，是实现电力监控系统功能的基本单元。轨道交通变电站内各层之间的信息可充分共享，并通过通信接口与外系统交换信息。设计一个快速、稳定、可靠的控制网络是轨道交通变电站自动化控制系统的基本要求之一，是实现轨道交通供电系统运行管理功能的前提。

　　2.2网络结构

　　整个上来讲，轨道交通变电站综合自动化系统划分为站级管理层，网络通信层，间隔层：

　　（1）站级管理层为设置在控制信号盘内的冗余热备的通信控制器、通用测控装置和一体化监视计算机。

　　（2）间隔层包括分散安装于供电一次设备中的各种微机保护测控单元、信息采集设备、智能测控单元以及采用硬接点接入的现场设备。设备包括400v及10kv交流保护测控单元、750v直流保护测控单元、变压器温控器、轨电位限制装置、制动能量吸收装置、杂散电流监控单元、ups直流屏、电度表、上网隔离开关、跟随所负荷开关等。

　　（3）网络通信层即为所内通信网络和接口设备，间隔单元通过所内通信网络层与站级管理层进行数据交换。

　　整个系统面向变电所通盘考虑，通过间隔单元与一次开关设备、ct/pt等设备接口，实现对变电所设备的控制、监视、测量、继电保护及数据管理、远程通信等综合自动化管理，以保证供电系统的安全可靠运行。

　　一般来讲，轨道交通供电系统分为高压电源系统，直流牵引供电系统，动力、照明、信号电源三个系统。在轨道交通五号线供电系统中，作为轨道交通变电所自动化系统间隔层非常重要的组成部分，直流牵引供电系统直接给列车提供动力，其好坏直接影响整个地铁供电系统质量的高低。如果牵引供电系统出现问题，小则影响某个变电站、几个供电区间的输送电，大则引起整个牵引供电系统崩溃，给地铁列车的安全、运营造成影响。

　　轨道交通牵引供电系统是直接为地铁列车提供动力的系统，可以保证地铁列车高速、安全、可靠、经济节电地运行。目前北京轨道交通五号线牵引供电的运行采用双机组双边供电方式，即每个牵引变电站2台牵引机组带2台总闸，并列向直流母线供电运行，直流母线下设4台分闸，即馈线开关（加上备用共5台），分别向上行、下行车辆进行主备供电，两个相邻的牵引变电站同时向站内同一馈电区间供电，如图1所示。

PLC实现对简易机械手的控制设计

5 plc软件设计

　　5.1 编制控制状态转移图

　　根据流程图和i/o分配表，可以编制出状态转移图如图3所示。

　　5.2 程序设计及程序运行

　　（1）用步进指令编程。根据状态转移图及动作要领，编制的步进梯形图程序如图4所示。

　　其中，在状态由hr0100转移至hr0000的条件中，增加了保持继电器的常闭触点，其作用是：当机械手工作在某一中间工步时，若plc断电或停止运行，机械手停止在中间工步上。plc复电或重新投入运行后，由于保持继电器hr具有状态断电保护的功能，因此在重新起动时，其中有某一个是断开的，使得hr0000不能置位，机械手只能从停止前被置位的保持继电器的后续工步继续动作。

　　（2）程序运行调试。按下起动按钮sb1，输入点00000为on，则作为自锁条件的辅助继电器20000保持为on，分支指令il接通，il与ilc之间的线圈正常工作。开始常闭触点都为on，保持继电器hr0000接通，输出点01003使上升电磁阀得电，手臂上升。当手臂上升到位时，上升限位开关使输入点00005闭合，保持继电器hr0001接通，hr0000复位，上升停止，同时，输出点01001使左转电磁阀得电，手臂左转。以后每当一步动作到位，限位条件满足时，状态转移，进行下一工步动作。当状态转移到hr0008为on时，输出点01006使放松电磁阀得电，机械手放松，同时定时器tim000计时。当计时2秒到（时间可视具体情况调整），状态又转移到hr0000，程序又重新从工步开始循环。停止时，按下停止按钮sb2，00001断开，辅助继电器20000为off，自锁指令断开，全部输出被禁止，但各保持继电器的状态是断电保护的，机械手停在现行的工步上。当重新按起动按钮时，辅助继电器20000为on，停止前的输出被恢复，机械手继续在停止前某保持继电器为on的工步动作。

6结束语

　　本设计提出了一个通用的设计方案，介绍了日本omron公司生产的cpm1a系列小型多功能plc在机械手步进控制中的设计应用。包括说明了机械手的动作原理，设计要求，程序设计方法。在实际具体应用中，还可以很方便的通过标准接口与计算机组成plc工业局域网，实现网络通信与网络实时控制。