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西門子S7-200 PLC在直流電源監(jiān)控器中的應(yīng)用

1 知道

直流電源設(shè)備是電力系統(tǒng)*的輔機(jī)設(shè)備。供給斷路器分合閘用電，后備電池充電以及二次回路的儀器儀表等低壓設(shè)備用電都采用直流電源。目前國(guó)內(nèi)發(fā)電廠及變電站使用的直流電源設(shè)備已廣泛采用高頻整流模塊為功率單元，為了對(duì)整個(gè)直流系統(tǒng)進(jìn)行合理的實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理，本文設(shè)計(jì)了一種基于西門子s7-200plc［1］的高頻直流監(jiān)控器。其功能主要是實(shí)時(shí)采集直流系統(tǒng)的電壓、電流及供電支路的開關(guān)狀態(tài)等運(yùn)行參數(shù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，判斷直流系統(tǒng)的運(yùn)行工況，并根據(jù)pid控制理論進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)行控制和故障處理，并對(duì)蓄電池進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，為電力綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)提供安全、穩(wěn)定、可靠的直流電源。

2 系統(tǒng)硬件組成及工作原理

系統(tǒng)硬件組成原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)主要由高頻直流監(jiān)控器（以下簡(jiǎn)稱監(jiān)控器）、模擬量采樣板、高頻整流模塊等組成。其中監(jiān)控器是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，主要由西門子s7-216cpu配以em-235模擬量模塊、中國(guó)臺(tái)灣人機(jī)電子mt-510t觸摸屏等組成。

3 程序設(shè)計(jì)

3.1 程序流程圖設(shè)計(jì)

plc終端軟件采用stl語言編寫，程序設(shè)計(jì)采用模塊化，功能化結(jié)構(gòu)，便于維護(hù)、擴(kuò)展。為提高終端的抗干擾能力，軟件控制中采用了數(shù)字濾波、故障自檢、控制口令等措施，保證控制操作的正確性和可靠性。裝置plc主要程序流程如圖2所示，主要由初始化程序、數(shù)據(jù)采集處理子程序、時(shí)鐘處理子程序、充電轉(zhuǎn)換子程序、故障報(bào)警及保護(hù)子程序、交流中斷子程序、pid調(diào)節(jié)計(jì)算子程序、硅鏈投切控制子程序等組成。

、

主程序始終處于循環(huán)運(yùn)行狀態(tài)，其中初始化程序主要完成系統(tǒng)的初始化，設(shè)定各寄存器、計(jì)數(shù)器、plc工作模式、定時(shí)器中斷、通訊方式等參數(shù)初始值等。然后不斷調(diào)用模擬量采集及處理子程序?qū)ο到y(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；調(diào)用充電程序運(yùn)行方式子程序決定監(jiān)控器的運(yùn)行方式；調(diào)用故障報(bào)警及保護(hù)子程序判斷故障報(bào)警及保護(hù)繼電器輸出；調(diào)用時(shí)鐘處理子程序?qū)π铍姵爻潆姵绦蚋鞣N運(yùn)行時(shí)間累計(jì)；調(diào)用交流電中斷子程序保證系統(tǒng)在交流中斷后自動(dòng)恢復(fù)；調(diào)用硅鏈投切子程序根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的控母電壓定值對(duì)硅鏈進(jìn)行自動(dòng)投切控制；調(diào)用通訊子程序（中斷方式）實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及其它智能設(shè)備通訊。

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PWM 和運(yùn)動(dòng)控制向?qū)гO(shè)置

為了簡(jiǎn)化您應(yīng)用程序中位控功能的使用，STEP 7- Micro/WINART 提供的位控向?qū)Э梢詭椭趲追昼妰?nèi)全部完成PWM、PTO 的組態(tài)。該向?qū)Э梢陨晌豢刂噶睿梢杂眠@些指令在您的應(yīng)用程序中對(duì)速度和位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。

PWM 向?qū)гO(shè)置根據(jù)用戶選擇的PWM 脈沖個(gè)數(shù)， 生成相應(yīng)的PWMx_RUN 子程序框架用于編輯。

運(yùn)動(dòng)控制向?qū)ui多提供3 軸脈沖輸出的設(shè)置，脈沖輸出速度從20 Hz 到100 kHz 可調(diào)。

運(yùn)動(dòng)控制功能特點(diǎn)

提供可組態(tài)的測(cè)量，輸入數(shù)據(jù)時(shí)既可以使用工程單位（如英寸或厘米），也可以使用脈沖數(shù)

提供可組態(tài)的反沖補(bǔ)償

支持、相對(duì)和手動(dòng)位控

支持連續(xù)操作

提供多達(dá)32 組運(yùn)動(dòng)動(dòng)包絡(luò)，每組包絡(luò)zui多可設(shè)置16 種速度

提供4 種不同的參考點(diǎn)尋找，每種都可對(duì)起始的尋找方向和zui終的接近方向進(jìn)行選擇

運(yùn)動(dòng)控制的監(jiān)控

為了幫助用戶運(yùn)動(dòng)控制方案，STEP 7- Micro/WIN ART 提供運(yùn)動(dòng)控制面板。其中的操作、組態(tài)和包絡(luò)組態(tài)的設(shè)置使用戶在的啟動(dòng)和階段就能監(jiān)控運(yùn)動(dòng)控制功能的操作。

使用運(yùn)動(dòng)控制面板可以驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)控制功能接線是否正確，可以組態(tài)數(shù)據(jù)并每個(gè)包絡(luò)

顯示位控操作的當(dāng)前速度、當(dāng)前位置和當(dāng)前方向，以及輸入和輸出LED（脈沖LED 除外）的狀態(tài)

查看修改在CPU 模塊中存儲(chǔ)的位控操作的組態(tài)設(shè)置

Programming

西門子一級(jí)代理商--人性化，編程效率

STEP 7- Micro/WIN ART 是專門為S7-200 ART 的編程，能在WINOOWs XP SP3/WINOOWs 7 上運(yùn)行，支持LAD、FBD、STL語言。安裝文件小于100 MB。在沿用STEP 7- Micro/WIN 編程理念的同時(shí)，更多的人性化設(shè)計(jì)使編程更容易上手，項(xiàng)目更加。

全新菜單設(shè)計(jì)

摒棄了的下拉式菜單，采用了新穎的帶狀式菜單設(shè)計(jì)，所有菜單選項(xiàng)一覽無余，形象的圖標(biāo)顯示，操作更加方便快捷。

雙擊菜單即可隱藏，給編程窗口提供更多的可視空間。

項(xiàng)目配置

1、 本例使用的設(shè)備描述

2、硬件組態(tài)
(1)安裝SINAMCIS S120 CBE20的GSD文件
對(duì)于PROFIBUS DP 及 PROFINET IO 需要的所有 GSD 文件存在S120的CF卡中，將這些文件拷貝至本地硬盤并解壓。
在Step 7的硬件配置中選擇 “Options => Install GSD file"

圖 2.

GSD V2.0 (gsdml-v2.0-siemens-sinamics-cbe20-yyyymmdd.xml) 可被安裝。
GSD文件安裝后，設(shè)備會(huì)出現(xiàn)在硬件組態(tài)的如下目錄中:
"PROFINET IO => Drives => SINAMICS => GSD => SINAMICS S120 CBE20 from 2.5"。
注意：
? GSD 子文件夾只有在安裝DriveES 或 SIMOTION SCOUT后才有效。否則 GSD設(shè)備可直接在SINAMICS 文件夾中被找到。
? 如果安裝了 DriveES Basic / Simatic 或 SIMOTION SCOUT，則不必安裝 GSD 文件。
(2)通過CPU319建立PROFINET IO網(wǎng)絡(luò)

圖 3.

在插入CPU319-3PN/DP時(shí)會(huì)彈出建立PROFINET IO網(wǎng)絡(luò)的窗口，在此新建一個(gè)PROFINET IO網(wǎng)絡(luò)并設(shè)置此PLC PN節(jié)點(diǎn)的IP地址及子網(wǎng)掩碼。
(3)將CBE20拖曳至PROFINET總線上(若安裝DriveES)

圖 10.

注意：S120支持兩個(gè)周期性通訊接口IF1和IF2，分別通過CU參數(shù)P8839.0和P8839.1來定義IF1和IF2的通訊方式，在默認(rèn)情況下P8839.0= P8839.1=99，就激活了這兩個(gè)接口的自動(dòng)模式，如下表所示：

在這種方式下無法實(shí)現(xiàn)PROFIBUS DP和PROFINET IO的并行通訊，因此為了實(shí)現(xiàn)其并行通訊，需要按如下方式設(shè)置：
? P8839[0]=1和P8839[1]=2：PROFIBUS DP 用于同步，PROFINET IO用于周期性通訊
? P8839[0]=2和P8839[1]=1：PROFINET IO用于同步，PROFIBUS DP用于周期性通訊（本例中的設(shè)置）

兩個(gè)周期性通訊接口IF1和IF2的特性如上表所示：
注意：IF2不支持TM41,TM15,TM17,TM/TB,CU與CPU之間的通訊。

五、通過PROFIBUS DP或PROFINET IO總線來實(shí)現(xiàn)過程數(shù)據(jù)的傳輸
S7-300/400PLC通過PROFINET IO或PROFIBUS DP周期性通訊方式將控制字1(CTW1)和主設(shè)定值(NSETP_B)發(fā)送至驅(qū)動(dòng)器。
(1) 控制字中Bit0做電機(jī)的起、停控制。
(2) 主設(shè)定值為速度設(shè)定值，參數(shù)P2000中的值為頻率設(shè)定值和實(shí)際值的參考頻率，100% 對(duì)應(yīng)4000H(十六進(jìn)制)，發(fā)送的高頻率(大值)為7FFFH(200%)。
(3) 當(dāng)組態(tài)的報(bào)文結(jié)構(gòu) PZD=2或自由報(bào)文999時(shí)，在S7-300/400 中可用“MOVE” 指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；當(dāng)組態(tài)的報(bào)文結(jié)構(gòu)PZD >2，在S7-300/400 中需調(diào)用SFC14和SFC15系統(tǒng)功能塊。
? SFC14(“DPRD_DAT”)用于讀驅(qū)動(dòng)裝置的過程數(shù)據(jù)。
? SFC15(“DPWR_DAT”)用于將過程數(shù)據(jù)寫入驅(qū)動(dòng)裝置。
例子(PROFINET IO)：SERVO_02 控制字、主設(shè)定值的發(fā)送及狀態(tài)字、實(shí)際頻率的讀取程序見圖11。

圖11

通過讀取Servo_02的參數(shù)r2050和P2051可以判斷數(shù)據(jù)是否傳輸成功。

西門子6SL3210-1SE27-5AA0 
圖12

注意通過通訊接口IF1和IF2可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)CPU與Servo_02的數(shù)據(jù)傳輸