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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，為了對整個直流系統(tǒng)進(jìn)行合理的實(shí)時監(jiān)控、管理，本文設(shè)計了一種基于西門子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)時運(yùn)行控制和故障處理，并對蓄電池進(jìn)行在線監(jiān)測，為電力綜合自動化控制系統(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、中國臺灣人機(jī)電子mt-510t觸摸屏等組成。

3 程序設(shè)計

3.1 程序流程圖設(shè)計

plc終端軟件采用stl語言編寫，程序設(shè)計采用模塊化，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、時鐘處理子程序、充電轉(zhuǎn)換子程序、故障報警及保護(hù)子程序、交流中斷子程序、pid調(diào)節(jié)計算子程序、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、計數(shù)器、plc工作模式、定時器中斷、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)用故障報警及保護(hù)子程序判斷故障報警及保護(hù)繼電器輸出；調(diào)用時鐘處理子程序?qū)π铍姵爻潆姵绦蚋鞣N運(yùn)行時間累計；調(diào)用交流電中斷子程序保證系統(tǒng)在交流中斷后自動恢復(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硅鏈進(jìn)行自動投切控制；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。

3.2 主要子程序原理

??（1）充電轉(zhuǎn)換子程序：通過判斷標(biāo)志字v152的值來決定監(jiān)控器的運(yùn)行方式。當(dāng)標(biāo)志字為0時調(diào)用浮充電子程序；當(dāng)標(biāo)志字為1時調(diào)用恒流充電子程序；當(dāng)標(biāo)志字為2時調(diào)用均充電子程序。各充電子程序之間通過程序內(nèi)部自動進(jìn)行轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)初次上電后用0.1c10a給定恒流充電，電壓達(dá)到整定值（2.30-2.40）v×n（n為單體電池節(jié)數(shù)）時，自動轉(zhuǎn)為恒壓均充電；當(dāng)充電電流逐漸減小，達(dá)到0.01c10a時，plc開始計時，均充計時達(dá)3小時后，自動轉(zhuǎn)為浮充電狀態(tài)運(yùn)行，充電電壓為（2.23-2.28）v×n。正常運(yùn)行浮充狀態(tài)下每隔720小時，自動轉(zhuǎn)入恒流充電狀態(tài)運(yùn)行，按閥控式密封鉛酸蓄電池正常充電程序進(jìn)行充電。

（2）交流電中斷子程序：當(dāng)電網(wǎng)事故停電，這時充電裝置停止工作，蓄電池通過降壓模塊，無間斷地向二次控制母線送電，同時監(jiān)控器發(fā)出告警信號。交流電源中斷超過0.5小時以上，恢復(fù)送電運(yùn)行時，plc控制充電裝置自動進(jìn)入恒流充電狀態(tài)運(yùn)行，按閥控式密封鉛酸蓄電池正常充電程序進(jìn)行充電。

（3）通訊子程序：接受命令采用中斷處理，通過atch指令使中斷事件8在接受不同特征命令下執(zhí)行不同的程序。對串行通訊的超時限制則通過內(nèi)部定時中斷來控制，其事件號為10，定時時間由smb34來確定。為減少通訊的誤碼，采用crc16校驗(yàn)措施［4］。

4 裝置功能特點(diǎn)

檢測高頻整流模塊的輸出電流和故障狀態(tài)：當(dāng)模塊有故障時，監(jiān)控器發(fā)出聲光報警信號，并重新均分整流模塊負(fù)載；可本地或遠(yuǎn)端控制整流模塊的開/關(guān)機(jī)、自動控制電池充電均浮充轉(zhuǎn)換；可本地或遠(yuǎn)端連續(xù)設(shè)置整流模塊的輸出電壓；監(jiān)測各直流饋電輸出的電壓、電流，各饋電輸出開關(guān)狀態(tài)、熔斷器狀態(tài)、絕緣狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生異常情況時發(fā)出聲光報警；監(jiān)測電池電壓及充放電電流：當(dāng)市電中斷由蓄電池維持向負(fù)載供電時，如果電池電壓降至低壓告警值，監(jiān)控模塊發(fā)出聲光報警；當(dāng)市電恢復(fù)后監(jiān)控系統(tǒng)可對電池進(jìn)行自動均衡充電管理；提供硅鏈控制口，可支持5級、7級硅鏈自動控制；支持母線分段支路絕緣監(jiān)測，絕緣阻值過低報警；采用原電力部頒標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，rs232或rs485串行通訊接口，可方便的與電力自動化系統(tǒng)對接，實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的“遙信，遙測，遙控，遙調(diào)"四遙功能；監(jiān)控器對重要故障信息提供繼電器輸出，故障內(nèi)容可按用戶需要自行設(shè)定；當(dāng)監(jiān)控器檢測到輸出過壓、過流等保護(hù)信號時，保護(hù)繼電器動作，跳高頻模塊交流輸入空開，從而保護(hù)高頻整流模塊。

• 西門子智能邏輯控制模塊 LOGO主機(jī)模塊

  LOGO! 集成有：

• 控制功能

• 帶背景光的操作和顯示面板

• 電源

• 用于擴(kuò)展模塊的接口

• 用于程序模塊（插卡）的接口和PC電纜

• 預(yù)組態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)功能，例如接通斷開延時繼電器、脈沖繼電器和軟鍵

• 定時器

• 數(shù)字量和模擬量標(biāo)志

• 數(shù)字量模擬量輸入和輸出，取決于設(shè)備的類型

• LOGO! 能為您做什么？

  可在家庭和安裝工程中使用（例如用于樓梯照明、室外照明、遮陽蓬、百葉窗、商店櫥窗照明等），亦可在開關(guān)柜和機(jī)電設(shè)備中使用（例如門控制系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、或雨水泵等）。LOGO! 還能用于暖房或溫室等控制系統(tǒng)，用于控制操作信號，以及通過連接一個通訊模塊（例如AS-i）用于機(jī)器或過程的分布式就地控制。
  還提供有無操作面板和顯示單元的特殊型號，可用于小型機(jī)械設(shè)備、電氣裝置、控制柜以及安裝工程等一系列應(yīng)用。

  可提供什么設(shè)備?

  LOGO! 基本型有2 個電壓等級

• 等級1 ≤ 24 V：例如12V DC，24V DC，24V AC

• 等級2 > 24 V：例如115V...240 V AC/DC

• 型式有：

• 帶顯示：8個輸入和4個輸出

• 無顯示（“LOGO! Pure"）：8個輸入和4個輸出

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  每種型式，均集成在4 個子單元內(nèi)（SU），并裝備有一個擴(kuò)展接口和提供37 個預(yù)組態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)和特殊功能，以用于建立線路的程序。

  LOGO！提供哪些通訊模塊？

• LOGO! 通訊模塊（CM）AS-i ，在一單獨(dú)的文檔中對該模塊有更為詳細(xì)的描述。此通訊模塊有4個虛擬輸入和輸出，其作用相當(dāng)于AS-i 接口系統(tǒng)和LOGO！系統(tǒng)之間的一個接口，AS-i 接口模塊使4個數(shù)據(jù)位從LOGO！基本型傳送到AS-i 接口系統(tǒng)，反之亦然。

• LOGO！通訊模塊（CM）EIB/KNX，在一個單獨(dú)的文檔中對該模塊有更為詳細(xì)的描述。CM EIB/KNX是一個將LOGO！模塊連接到EIB總線的通訊模塊，它實(shí)現(xiàn)作為邏輯模塊LOGO?。?2/24或115/240V）的從站功能。

• CM/ EIB/KNX是在EIB總線上的一個總線設(shè)備，通過EIB數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換，使LOGO！能和其它EIB設(shè)備進(jìn)行通訊。它傳送EIB數(shù)據(jù)點(diǎn)到LOGO！以及傳送LOGO！功能到EIB。CM EIB/KNX可以將被組態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)提供給LOGO！因而能鏈接后者的邏輯功能和定時元素。此外，EIB數(shù)據(jù)點(diǎn)還能鏈接到本地LOGO！輸入/輸出。以及CMEIB/KNX模塊在EIB總線上傳送輸出信號狀態(tài)中的每一個變化。

• LOGO！和CM EIB/KNX模塊的通訊結(jié)合提供用戶運(yùn)行EIB總線上的分布式控制器功能，可以快速簡易地設(shè)定或修改參數(shù)和邏輯操作而不需要編程設(shè)備。

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  LOGO!是西門子公司推出的通用邏輯控制模塊，具有靈活和低成本的特點(diǎn)，是您z佳的選擇。

  LOGO! 是一項(xiàng)真正面向未來的技術(shù)。它現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為標(biāo)準(zhǔn)組件產(chǎn)品，因而它比以前更加容易，更加完善。

  現(xiàn)在LOGO!有兩個版本：基本型LOGO!和經(jīng)濟(jì)型LOGO!。再加上各式各樣的擴(kuò)展模塊，LOGO!事實(shí)上已經(jīng)成為一項(xiàng)能覆蓋各個方面的成熟技術(shù)，它無處不在，*！

  LOGO!--通用邏輯控制模塊有8種基本功能和26種特殊功能，它代替了很多定時器、繼電器、時鐘和接觸器所實(shí)現(xiàn)的功能，取代了數(shù)以萬計的繼電器設(shè)備。LOGO! 模塊不需要太多的附件和放置空間，因而它使得控制柜的體積變得更小，而且隨時能夠擴(kuò)展其功能。所以，LOGO! 模塊不僅降低了花費(fèi)，也節(jié)省了多達(dá)70%的時間。LOGO!易于安裝，幾乎不需要任何接線。而且編程十分簡單，所做的僅僅是按動幾下按鈕。LOGO!也具有抗振性，及很強(qiáng)的電磁兼容性（EMC），并*符合各項(xiàng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，能夠應(yīng)用于各種氣候條件。LOGO!滿足B級噪音抑制要求，并且具備所有必需的級認(rèn)證。因此，LOGO!得以在*范圍廣泛使用。

  您可以忽略所有的個體元件，例如時間繼電器，計數(shù)器和中間繼電器，接觸器，因?yàn)樗鼈兌及贚OGO!當(dāng)中。

  LOGO!可以使成本減少50%。

• 替代許多傳統(tǒng)的開關(guān)設(shè)備

• 縮小控制柜的空間

• 更少的附件

• 更少的放置空間

• 不易于磨損，節(jié)省維護(hù)費(fèi)用

• LOGO!可節(jié)省70%的時間

• DIN導(dǎo)軌安裝

• 幾乎沒有配線需求

• 編寫和改變程序只需按動按鈕

• 在PC機(jī)上快速地編寫和測試用戶程序

• 用戶友好化設(shè)置

• 自動夏令時/冬令時交換

• z佳的文獻(xiàn)幫助

• LOGO!可以節(jié)省70%的空間

• 只需要占用DIN導(dǎo)軌上4個模塊的空間部件就能替代很多定時器、繼電器、時鐘和接觸器所實(shí)現(xiàn)的功能

• 8個基本功能和26個特殊功能可代替更多的開關(guān)設(shè)備

• 能夠?qū)崿F(xiàn)許多復(fù)雜的功能，但不需要額外增加附件和任何裝備。

• *的各種性能

• 抗震性能好

• 電磁兼容性能（EMC）*

• 符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

• 適用于所有氣候環(huán)境

• 滿足B級噪音抑制要求

• 擁有所用必要的認(rèn)證

• 使用在世界上的任何地方  

• LOGO！的優(yōu)點(diǎn)