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　2.3控制软件的设计

　　BESm束流管冷却系统PLC终端软件是监控系统的核心，在Step 7-Micro/Win编程环境下以梯形图语言在PC机上编写，经调试编程后下载至PLC。程序设计采用模块化、功能化结构，便于维护、扩展。主要由下列几个模块化程序组成：

　　(1)主程序：手动操作和自动操作模式的转换;通讯自检;监测各物理量是否超限并报警;PID控制模拟量的输出，调节电加热器的输出功率;两个CPU之间的数据传送。

　　(2)冷水机自动切换子程序：在冷水机发生故障时，两台冷水机进行自动切换。

　　(3)油泵自动切换子程序：在油泵发生故障时，两台油泵进行自动切换。

　　(4)水泵自动切换子程序：在水泵发生故障时，两台水泵进行自动切换。

　　(5)温度、流量、压力和液位量程转换子程序：将输入的4～20 mA信号转换为相应的温度、流量、压力和液位值，方便PC机上监测界面的显示。

　　BESm束流管冷却系统的自动监测系统流程图如图4所示。

　　2.4监测软件的设计

　　BESS束流管冷却系统自动监控系统的监测软件采用Controx 2000编写而成，能为值班人员提供系统的运行状态信息，并可以对某些参数进行设置和控制。当有异常状态发生时能立即给出声光报警，同时将所有的信息存人数据库供本地和远程用户实时或历史查询。具体功能包括数据的采集、远程控制、图形显示、存储、报警、实时和历史曲线显示、日志记录查询和报表生成等。其中当前报警是作为后台进程在系统启动时启动，设置参数、数据采集、数据库存储、日志记录、报警历史、实时曲线、历史曲线、日志查询等都是通过动态调用Ⅵ的方式调用。图5为自动监控系统的监测主画面。

　　本监控系统的监测软件功能有：

　　(1)参数配置

　　BESⅢ束流管冷却系统的自动监控系统参数配置主要有温度、流量、压力、液位的报警标准设定以及油泵、水泵、冷水机的状态设定。

　　(2)实时曲线和历史曲线

　　用Controx提供的chart功能可以方便的实现实时曲线，通过读取实时更新的DATAPOOL中全局变量的值来获得实时数据。DSC模块提供了本地数据库存储的功能，历史曲线的显示直接调用DSC数据库中的数据。

　　(3)报警和出错处理

　　当出现报警时，系统将给出声音报警，并将报警信息显示到报警窗。当出现网络通讯中断等，系统也给出声音报警，同时将错误信息显示到错误窗，以便维护人员在短的时间内对错误进行处理，恢复系统的正常运行。

　　(4)日志记录和安全策略

　　当系统中出现报警时，相应的报警信息将被存储到日志文件，供系统维护人员查看系统运行状态。通过DSC模块提供的用户管理功能实现系统的安全策略，给不同的用户授予不同的权限，只有在用户输入密码登陆后才能获得其操作权限。

　　2.5 PLC控制系统的网络通讯

　　BESllI束流管冷却系统自动监控系统中采用的西门子S7—200系列PLC不仅支持简单的网络，而且支持比较复杂的网络，支持主一从通讯方式并且可以被配置为主站或者从站，通讯协议有点对点接口(PPI)、多点接口(御I)、PROFIBUS等。本监控系统中，两个CPU之间需要进行数据的传递，因此两个CPU必须配置为主从站，而PC机与PLC进行通讯时，需要将PC机配置为主站，PLC配置为从站，这就组成了复杂多主站通讯，使得Controx 2000跟PLC之间的通讯变得复杂和困难。OPC是一种用于过程控制的对象链接与嵌入技术，是在工业控制和生产自动化领域中常用的硬件和软件之间的接口标准，Controx 2000可以作为OPC的客户端支持OPC规范，西门子也提供了专门针对S7—200系列PLC使用的OPCserver—PC Access，这样通过OPC以第三方通信协议的方式实现了controx2000和西门子S7—200之间的间接通信，提高了二者之间通讯性能，降低了维护难度。

　　在BEPCII工程中，BESⅢ束流管冷却系统自动监控系统中的两个PLC从站所处位置与主站PC机的距离约为50m，超出了西门子S7-200PLC系列Pc/PPI通讯编程电缆的3m距离，因此采用CP5611远程通讯卡实现PC机与PLC的CPU通讯口直接相连，以保证PLC与PC机的正常通讯。选用PPI通讯协议，波特率为9600。

　　3监控系统的可靠性研究

　　对于BEPCII工程来讲，监控系统的可靠性设计是为重要的。在BESⅢ束流管冷却系统自动监控系统的设计中，从硬件和软件的角度采取了如下的措施，以保证系统具备运行安全性和可靠性。

　　(1)硬件方面：

　　①强电和弱电分开走线，间距为大于15cm。

　　②电气元件采用全DIN导轨化设计。

　　③对总线通讯电缆的铺设采用冗余设计。

　　④PLC本身采用的光电隔离等抗干扰技术也是其他硬件线路所无法比拟的。

　　⑤信号采集线均为屏蔽电缆，电缆屏蔽层接地。

　　(2)软件方面：

　　①各传感器的信号读取后，采取持续数秒予以确认的方式，以消除瞬时干扰造成的数据误读，因此在软件中设置了温度、流量、压力和液位延时报警参数项，防止误报警。

　　②软件设计中采用了通讯自检措施。PLC中的一个变量不断计数，Controx 2000读回此数与原始数比较，从而判读通讯网络的工作状态，保证控制操作的正确性和可靠性。

　　③涉及冷却系统安全性的重要信号均通过PLC开关量输出点以硬件信号传输给BES III慢控制系统。

　　@PLC的可靠程度要比一般的PC机高，所有的自动控制功能和报警信息的输出都由PLC程序完成，Controx程序只是进行监测、数据库记录等功能，即使PC死机，PLC程序同样能实现自动控制。

　　4结束语

　　本文根据北京正负电子对撞机升级改造要求，采用通用PLC技术，对BESm束流管冷却系统自动监控系统进行设计，实现对BESⅢ束流管冷却系统的自动控制，监测软件实现了人性化操作。同时，从软硬件两方面着手，采取一系列措施提高系统的安全性和可靠性。目前，BESⅢ束流管冷却系统自动监控系统已经制作完成并投入到BEPC 11的工程调试中，运行结果表明，该监控系统满足BESm束流管冷却系统的工艺要求，自动化程度高，运行安全可靠。本工作得到高能物理研究所赵京伟老师的精心指导和有益讨论，在此表示感谢。

　在自动化控制系统中，变频器的使用越来越广泛，变频器对PLC模拟量干扰问题也凸显出来。下面举一个变频器对PLC模拟量干扰的例子以及用信号隔离模块克服此类干扰的解决办法。
　　现象说明：西门子PLC中AO点发出一路4-20mA电流控制信号，输出至西门子变频器，无法控制变频器启动。
　　故障查找：1，疑似模拟量输出板卡问题，用万用表测量4-20mA输出信号，信号是正常的!2，开始怀疑是变频器控制信号输入端有了问题，换了一台同型号变频器，问题仍然如此。3，用一台手持式信号发射器做4-20mA输出信号源，输出标准电流信号至变频器，这下变频器启动了，因而我们排除了模拟量输出板卡和变频器的故障。4，由此推测是变频器的干扰信号传导至模拟量通道所致。5，为了验证，在PLC模拟量4-20mA输出通道中加装了一台信号隔离模块TA3012，TA3012的输入端子5、6接模拟量输出模块，输出端子1、2端子接变频器，3、4端子接外部24VDC供电电源，变频器正常启动了。5，据此断定，问题的根源在于变频器干扰模拟量通道所致。
　　相信不少自控工程师在调试系统的时候都曾经遇到变频器对PLC模拟量干扰的问题，因此，笔者在此分享一下自己的系统调试心得。在PLC和变频器同时使用的自控系统中，应该着重注意一下事项：
　　1，PLC供电电源与动力系统电源(变频器电源)分别配置，且PLC的供电应该选择隔离变压器;
　　2，动力线尽量与信号线分开，信号线要做屏蔽;
　　3，无论是模拟信号输入还是模拟信号输出，模拟量通道一律使用信号隔离模块;
　　4，PLC程序里做软件滤波设计;
　　5，信号地与动力地分开设计。
　　做好以上五点，变频器对PLC模拟量干扰的问题，即可迎刃而解