基于松下 PLC 机房电源监控系统的设计与实现论文

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　　摘 要： 随着科学技术的飞速发展,计算机事业也不断发展壮大起来,目前计算机技术已经大范围应用到各行各业,尤 其是在广电系统中的应用。机房电源是机房的能源保障,在机房建设中具有举足轻重的地位,在现实工作中机房分布在不同楼 层,而管理部门又必须随时了解机房电源的运行情况,在这种条件下对电源的集中监控也就势在必行,本文研究的监控系统 主要针对信息机房主电源电压、电流等参数进行监控,确保电力系统的安全稳定运行,系统采用松下 PLC 作为核心控制器件, 对数据进行采集, 通过电压变送器和电流变送器, 采集主电源的供电情况, 应用 485 通讯协议将数据传输至触摸屏, 实现对监 控电源的综合管理。
　　【Abstract】： With the rapid development of science and technology, the computer industry is also growing. At present, computer technology has been widely used in all walks of life, especially in the radio and television system. The power supply of the computer room is the energy guarantee of the computer room and plays an important role in the construction of the computer room. In real work, the computer room is distributed on different floors, and the management department must know the operation of the power supply of the computer room at any time. Under this condition, the centralized monitoring of the power supply is imperative. The monitoring system studied in this paper mainly monitors the voltage, current and other parameters of the main power supply of the information computer room, to ensure the safe and stable operation of the power system, the system uses Panasonic PLC as the core control device to collect data, collect the power supply of the main power supply through the voltage transmitter and current transmitter, and transmit the data to the touch screen using the 485 communication protocol to achieve the comprehensive management of the monitoring power supply.

　　【Key words】： PLC automation;sensor;centralized monitoring

　　0 引言

　　近几年来,通信技术的飞跃发展,给广电制播网带来 了新的革命,磁带播出系统升级到数字文件播出,影音视 频文件化,这些技术的核心数据都存储在信息机房中。信 息机房电源作为各种通信、服务器系统不可缺少的重要 组成部分,其作用是为通信系统及服务器系统提供能源。 随着通信技术的翻天覆地的发展,对信息机房电源系统 提出了越来越高的要求。作为通信系统及服务器系统的“心脏”,电源系统在信息机房建设中具有无可比拟的重 要地位,因此对信息机房电源系统进行监控是必不可少 的。信息机房电源集中监控就是采用计算机控制系统对 分布在不同楼层的信息机房电源设备合理设置必要的监 控点,进行监控,实时监视信息机房电源的运行参数。

　　1 系统的工作原理

　　整个系统的设计思路是 ：从机房的最基层开始,即 是设备层,包含 PLC(主控器)、空调设备、风机设备、UPS、照明、低压配电装置、消防、温湿度传感器等所 需监控和运行的设备,通过数据采集服务器,将监控数 据传输至顶端的客户端,其过程中会涉及到数据采集、 数据存储。位于最基层的 PLC 系统主要控制着机房现 场设备的运行情况,及时采集设备运行故障状态、安全 状态、模拟量信号等。

　　2 系统设计方案

　　在本系统采用三相四线制电压变送器及电流变送器, 将电压及电流对应的数值,通过变送器转换成 4-20 mA 电流信号,松下 PLC 通过模拟量通道接收 4-20 mA 信 号,经过数据处理,并存储到指定的地址寄存器中,通 过触摸屏读取指定地址寄存器数值实现人机交互,无人 值守自动工作。

　　3 系统硬件设计

　　3.1 PLC(可编程序控制器)简介

　　PLC 可编程序控制器被称为 PC(Programmable Controller)或 PLC(Programmable Logic Controller), 20 世纪 70 年代初期,美国通用汽车公司为了适应汽车 自动化生产线不断更新的需求,提出了一种设想 ：把技 术完善、通用灵活、编程简单等优点和继电器控制电路 简单易懂易操控结合起来,制造出新型的工业控制装置 系统,并提出了新型电气控制系统 10 条招标要求。其 中包括 ：工业性比继电器控制电路可靠 ;占用空间比继 电器控制电路要小 ;价格上能与继电器电路系统竞争 ; 必须易于编程 ;易于在工作现场变更程序 ;便于维护、 使用和维修 ;可直接驱动电磁阀、接触器与之相当的执 行系统 ;可向数据处理系统直接传输数据等。美国数字 设备公司(DEC)根据这一要求,于 1969 年研制成功 了第一台控制器 PDP— 14[1]。

　　在本设计中采用松下 AFPX-C14R 作为控制单元, 该产品适用于小规模设备控制的小型通用 PLC。

　　松下 AFPX-C14R 参数如下 ：

　　输入输出点数 ：8/6 ;

　　供电电源 ：100-240V AC ;

　　最大程序步数 ：32k 步的程序容量 ;

　　最大 I/O 量 ：可拓展 382 点的 I/O 控制的基本性能 ;

　　可拓展摸 ：可装载 FP0 控制单元最多可装载 3 台 FP0 控制单元 ;

　　通信插卡 ：RS232C+RS485 最多可与 99 站进行通信。 3.2 电压变送器

　　电压变送器是一种将被测电量参数转换成直流电 流、直流电压并隔离输出模拟信号或数字信号的装置。 电压电流变送器用于测量电网中波形畸变较严重的电压或电流信号,也可以测量方波、三角波等非正弦波形。

　　电压变送器按照输入电压性质分为直流电压变送器 和交流电压变送器两种。交流电压变送器是一种能将被 测交流电压转换成按线性比例输出直流电压。

　　在本设计方案中采用维迪斯 KXT13V 三相电压 变送器。用于测量三相交流电压特别适用于测量工频 50Hz 正弦波三相交流电压。

　　维迪斯 KXT13V 三相电压变送器参数如下 ： 测量电压 ：0-250V ;

　　额定输出 ：DC4-20mA ;

　　辅助电源 ：DC24V ;

　　线性度 ：0.1% ;

　　过载能力 ：2 倍标准输入 ;

　　消耗电流 ：<15mA+ 输出电流 ;

　　失调电压 ：≤ 10mV。

　　3.3 电流变送器

　　电流变送器主要用于电流信号的转换与输送,电流 变送器分为交流电流变送器和直流电流变送器,电流变 送器可以将被测主回路交流电流或直流电流转换成按线 性比例输出的 4-20 号标准信号,本设计方案中采用交 流电流变送器。

　　在本设计方案中采用维迪斯三相交流电流变送器。 测量电流 ：0-30A ;

　　额定输出 ：DC4-20mA ;

　　辅助电源 ：DC24V ;

　　线性度 ：0.1% ;

　　过载能力 ：10 倍标准输入。

　　3.4 控制单元设计

　　控制单元硬件设计主要针对的是主控器的选择,其 主控器的作用主要是负责接收数据、采集单元传输来的 机房内有关电源环境参数和相关设备的运行参数及运行 状态,然后对机房环境的温度、UPS 电源等数据进行及 时的处理。松下 PLC 具有以太网端口,能够通过路由 与监控中心进行网络连接,然后运用集线器连接带有数 据输入和输出的模块,同时连接到开关达到控制单元设 计的目的。

　　3.5 模拟量采集模块

　　本设计中采用松下 AFP0 AD 8 模拟量采集模块,总 计 8 路模拟量采,使用 6 路预留 2 路。6 路对应的地址 寄存器为 WX30-WX35 松下 PLC 出厂时默认定义。

　　4 系统软件设计

　　4.1 梯形图

　　在该工程项目中采用梯形图编程语言,也是在电器工程中最常用的一种编程设计语言。因与继电器控制电 路系统很相似,所以具有编程简单、现场维护方便、工 程技术人员使用方便的特点,很容易被熟悉继电器控制 电路的技术人员所掌握 [2]。

　　梯形图是一种图形化编程语言系统,使用了电气原 理图中的继电器、接触器、线圈、串联、并联和一些电 器通用图形符号,左右竖线称为左右母线。在程序中, 最左边是主信号输入,梯形图由左右母线、触点、线圈 和特殊指令框及高级指令组成的。触点代表电路系统的 输入条件,线圈代表电路逻辑输出,指令框用来表示计 数器、定时器以及高级指令中的数学运算等指令 [3]。梯 形图编程其主要步骤包含以下几个部分,如图 1 所示。
       4.2 数据传输程序设计

        设备上电后, R9010 内部继电器自动接通触点,将 外部地址寄存器 WX30 数值传输到 DT2 地址寄存器中。 WX30 为三相电 A 相电压采集数据寄存器。B、C 相电 压对应的采集地址为 WX31-WX32.B、C 相电压检测 程序与 A 相相同, 注意地址寄存器不能使用相同编号在 编程中区分开来即可。

　　5 电流监测程序设计

　　5.1 数据传输程序设计

　　设备上电后, R9010 内部继电器自动接通触点,将 外部地址寄存器 WX33 数值传输到 DT20 指定地址寄 存器中。F1DMV 为 32 位数据传输指令。

　　WX33 为三相电 A 相的电流采集数值寄存器。B、 C 相电流对应的采集地址为 WX34-WX35.B、C 相电 流检测程序与 A 相相同, 注意地址寄存器不能使用相同 编号在编程中区分开来即可。

　　5.2 电流模拟量采集程序设计

　　在松下 PLC 梯形图编程软件中,集成了线性对应 关系程序向导。在编程软件工具栏→向导→线性化指令 输入向导→ 32bit 数据线性化。

　　5.3 浮点数据计算程序设计

　　在本系统设计中电流显示数据中保留一位小数,在 程 序 中 DT22 显 示 为 178. 将 DT22 数 据 通 过 F283 DSCAL 指令转换为浮点型数据。

　　5.4 查看机房 UPS 运行数据

　　UPS 运行数据可以通过线上直接浏览查阅的方式进 行,具有以太网的功能,同时我们可以将 UPS 运行数 据运用网络传输的功能发送至我们的控制设备,在末端 计算机系统中进行查看。

　　6 结语

　　经过验证系统能够较为稳定的运行,在实际情况里 消除了机房的安全隐患,有效地保障了机房设备的常规 运行,管理者的工作负担能够明显的减轻不少,并且提 升了工作人员的工作效率,使得 LPC 机房电源监控系 统的设计与运用更具利用价值。

　　参考文献

　　[1] 张学铭,邸书玉.松下PLC编程与应用[M].北京:机械工业出 版社,2019(7):68-132.
　　[2] 杜从商,陈伟平.PLC编程应用基础(松下)[M].北京:机械工 业出版社,2010(10):45-66.
　　[3] 郭丙君.深入浅出三菱FX系列PLC技术及应用实例[M].北 京:中国电力出版社,2010(7):124-136.
 
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