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圖1 泵站機組控制系統圖

3 系統的主要功能和具體實現

    為便于介紹，下文以1#泵機組為例。根據泵站控制的工藝要求和系統特點，本控制系統主要實現報警、機組啟停、機組輔助設備及蝶閥控制、數據處理和通訊等功能。

3．1報警功能
    高壓柜和電容饋線柜出現事故和故障、輔助設備出現故障的時候，PLC有專門的輸出接點指示。同時，觸摸屏上彈出事故和故障報警界面，等待工作人員處理。高壓柜、風機等設備的事故作用于停機。

3．2機組啟停
    工作人員在觸摸屏上按了開機或停機鍵以后，PLC將自動完成開停機過程。當有事故發生時，PLC完成事故停機過程。機組啟停流程如圖2和圖3。

圖2 泵開機流程

圖3 泵正常停機和事故停機流程

3．3機組輔助設備及蝶閥控制
    機組輔助設備主要包括電機風機和稀油泵，蝶閥包括進口蝶閥和出口蝶閥。在機組啟停流程圖中可以看出，機組啟停的流程包含了對機組輔助設備及蝶閥的控制。此處另設的控制程序，為針對單個設備的手動控制，便于機組控制系統的安裝與調試。

3．4數據處理功能
    根據系統需要，PLC處理的模擬量包括泵組進口壓力和出口壓力、電機定子溫度和油水溫度。前者的采樣周期較短，為20ms；后者采樣周期較長，為0.5s。本文為數據處理自己定義了一個功能塊（DFB），輸入信號包括功能塊復位（EBOOL型）、模擬量通道地址（WORD型）、采樣次數（WORD型，本文定為10次）、采樣周期脈沖（EBOOL型，由定時器實現），輸出信號為模擬量信號在通訊輸出緩沖區中的地址。數據處理程序不是簡單的求平均值，而是先將數據依次賦值給功能塊的公用變量，然后將10次的采集結果求和，減去最大值和最小值后再平均。功能塊的輸出值即為處理后的模擬量值，其對應的地址即為該值在輸出緩沖區中的地址，便于觸摸屏采集和顯示。

3．5通訊功能
    現階段，本系統的通訊主要包括兩部分：與觸摸屏的串口通訊；與智能保護裝置的MODBUS總線通訊。
    觸摸屏MT500是專門針對PLC的人機界面，其集成了包括施耐德、西門子、三菱等幾十種PLC的串口通訊程序，與PLC的通訊只需要進行簡單的組態操作即可實現。本文在EasyBuilder500中將觸摸屏系統參數中的PLC類型設置為TELEMECANIQUE UniTelWay，即施耐德PLC。通訊參數包括：RS－485、波特率9600、數據位8、無校驗位、停止位1。PLC上也進行同樣的設置。然后觸摸屏在編制界面時，將控制信號和顯示信息的地址填寫為PLC輸出緩沖區中對應的地址，即實現了通訊。
    MODBUS通訊協議是施耐德公司設計的一種用于工業控制的主從結構式串口通訊協議，可用于實現簡單的主從結構式網絡監控。該協議具有兩種傳輸模式：RTU模式和ASCII模式。本文采用的是RTU模式，其報文格式如圖4所示。

圖4 MODBUS協議RTU模式報文格式

    它沒有起始位和停止位，而是以至少3.5個字符間隔時間（T1－T2－T3－T4）標志開始和結束。信息幀由地址域、功能域和CRC校驗域構成，所有字符位由16進制數組成。本系統中PLC為主站，高壓柜為從站1，電容饋線柜為從站2。PLC以輪巡的方式訪問從站，讀取數據。PLC通過MODBUS訪問從站的指令為READ_VAR，參數包括網絡號、從站地址號、數據類型、數據首地址、數據個數、接收緩沖區地址和大小等。由于CRC校驗是以Byte型數據為基礎，而PL7 Pro編程軟件絕大多數指令不支持Byte型數據，因此本文在執行CRC校驗前設有專門的子程序將Byte型消息段轉化為高8位為16進制數00的WORD型數據段。本文的CRC檢驗子程序流程如圖5所示。

圖5 CRC校驗子程序流程