基于PLC的地面能源远程控制方案
王 静1，盛文巍1，刘睿智1，翟 宇2，郭 军1
【摘 要】摘要：传统伺服地面能源系统的远程控制主要通过模拟量来实现，其自动化程度低、抗干扰能力差;为了解决以上问题，提出了一种基于PLC的地面能源远程控制方案，其分别采用了基于Profibus现场总线的分布式PLC控制技术、基于高压输出反馈的闭环控制技术、OPC Server与PLC远程通讯技术，实现了伺服地面能源系统的远程自动化控制功能，用基于虚拟仪器技术的人机交互界面取代模拟器件，用基于MODBUS协议的数字式网络传感器取代模拟传感器，实现了伺服地面能源系统数字化，提高了伺服地面能源系统的抗干扰能力。
【期刊名称】计算机测量与控制 【年(卷),期】2017(025)012 【总页数】4
【关键词】远程控制；现场总线；PLC
0 引言
在航天以往的型号中，伺服地面能源系统的远程控制方式主要采用模拟器件和继电器电路，分别需要测试仪配套能源远控箱、控制分系统配套模拟能源远控仪两套设备，模拟器件在使用过程中容易损坏，造成设备故障。运行参数的调节均靠模拟量完成，抗干扰能力差。现场设备间通过模拟信号电缆连接，操作复杂，不利于调试、维护和排故。本文提出一种基于PLC的地面能源远程控制技术方案，以实现伺服地面能源系统的数字化控制为基本原则，采用高实时性、高可靠性、高稳定性的OPC技术与PLC进行通讯，同时减少了地面设备数量、
简化了使用方法、提高了设备的可靠性。地面能源远程控制方案设计中选用了以西门子S7-300系列PLC为硬件支撑，以工业以太网通讯层、Profibus现场总线[1]层以及仪器仪表通讯层三层网络结构的设计方案，该方案采用数字控制方式，融合了基于虚拟仪器技术的人机界面、数字式网络传感器、基于高压输出反馈的闭环控制、OPC Server通讯等多种新技术，完成伺服地面能源系统的远程控制。
1 技术难点
基于PLC的地面能源远程控制方案需要解决如下技术难点。
由于地面模拟能源属于大功率设备，可达到40 kW，在启动时产生电磁波对能源控制线路可造成严重影响，出现乱码、误码现象，为解决此问题采用高可靠性电磁兼容设计方案，采用了基于MODBUS协议的数字式网络传感器，传感器回采使用数字化传输方式，抗干扰能力强，同时采取优化485网络拓扑结构，485接收器电路设置失效保护电路，信号电缆及动力电缆屏蔽合理接地，增强软件强壮性设计等多种措施保证系统运行稳定。
由于控制系统软件基于VxWorks实时操作系统完成，控制系统与模拟能源控制箱的上层以太网通讯存在着不兼容问题，因此需要在模拟能源控制箱与控制系统之间采用指令解析的方式突破操作系统障碍，解决不同操作系统间指令不兼容问题，完成伺服系统能源系统的远程控制。
在能源系统自动化控制模式F，如何能在能源状态异常的情况下自动保障设备和操作人员的安全是急需解决的问题。因此方案中引入了分级故障白动检测处理模式，可根据不同程度的故障采取不同的强制措施，从按正常流程停止并限值操作到紧急停止整套地面能源系统，并通过鲜明警示色、闪烁等手段通知操
作者，有效地保障了设备和操作人员的安全。
2 系统硬件组态结构
系统采用三层分布式结构[2-3]，包括以太网通讯层、Profibus-DP现场总线层、仪器仪表通讯层。方案硬件组态结构如图1所示。 2.1 以太网通讯层
在以太网通讯层，通过能源远控解析机与控制系统中心机进行通信协议解析及数据交互，I II III级模拟能源控制箱通过以太网交换机与能源远控解析机通讯，控制系统软件通过自定义UDP协议与能源远控解析机通讯，能源远控解析机采用宽温加固结构，担任现场设备层的DMZ(网络隔离)主机的角色，负责将现场设备层网络与管理层网络进行隔离，保证了网络中的非法数据不会影响到另一个网络。能源远控解析机完成OPC Server和IE General两个底层的驱动组态，自开发程序完成指令的格式转化和对应数据库封装，转换完的指令通过OPC Server对Profibus-DP网络中的DP主、从站进行数据读、写。 2.2 Profibus-DP现场总线层
在Profibus-DP现场总线层，以模拟能源控制箱DP主站、变频电源ET-200M从站、变频电源主变频器DP从站、变频电源辅变频器DP从站、模拟能源柜ET-200M从站组成分布式网络，各站点设备间使用Profibus总线连接，模拟能源控制箱内的主控PLC通过总线控制变频电源和模拟能源柜中的分布式I/O模块、数字化网络传感器、主辅变频器和模拟量输出模块，实现了全数字化、双向高速的现场设备分散控制与集中管理。 2.3 仪器仪表通讯层
在仪器仪表通讯层，采用RS485网络完成PLC从站与数字传感器之间的指令
基于PLC的地面能源远程控制方案
