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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)進行合理的實時監(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)等運行參數(shù)，并對數(shù)據(jù)進行分析處理，判斷直流系統(tǒng)的運行工況，并根據(jù)pid控制理論進行實時運行控制和故障處理，并對蓄電池進行在線監(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、擴展。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)進行實時采集；調(diào)用充電程序運行方式子程序決定監(jiān)控器的運行方式；調(diào)用故障報警及保護子程序判斷故障報警及保護繼電器輸出；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行自動投切控制；調(diào)用通訊子程序（中斷方式）實現(xiàn)與上位機監(jiān)控系統(tǒng)及其它智能設(shè)備通訊。

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PWM 和運動控制向?qū)гO(shè)置

為了簡化您應(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?，您可以用這些指令在您的應(yīng)用程序中對速度和位置進行動態(tài)控制。

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

運動控制向?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)。

運動控制功能特點

提供可組態(tài)的測量，輸入數(shù)據(jù)時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)的反沖補償

支持、相對和手動位控

支持連續(xù)操作

提供多達32 組運動動包絡(luò)，每組包絡(luò)zui多可設(shè)置16 種速度

提供4 種不同的參考點尋找，每種都可對起始的尋找方向和zui終的接近方向進行選擇

運動控制的監(jiān)控

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

使用運動控制面板可以驗證運動控制功能接線是否正確，可以組態(tài)數(shù)據(jù)并每個包絡(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 模塊中存儲的位控操作的組態(tài)設(shè)置

Programming

西門子一級代理商--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，更多的人性化設(shè)計使編程更容易上手，項目更加。

全新菜單設(shè)計

摒棄了的下拉式菜單，采用了新穎的帶狀式菜單設(shè)計，所有菜單選項一覽無余，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時會彈出建立PROFINET IO網(wǎng)絡(luò)的窗口，在此新建一個PROFINET IO網(wǎng)絡(luò)并設(shè)置此PLC PN節(jié)點的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，在默認情況下P8839.0= P8839.1=99，就激活了這兩個接口的自動模式，如下表所示：

在這種方式下無法實現(xiàn)PROFIBUS DP和PROFINET IO的并行通訊，因此為了實現(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)動器。
(1) 控制字中Bit0做電機的起、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)定值和實際值的參考頻率，100% 對應(yīng)4000H(十六進制)，發(fā)送的高頻率(大值)為7FFFH(200%)。
(3) 當(dāng)組態(tài)的報文結(jié)構(gòu) PZD=2或自由報文999時，在S7-300/400 中可用“MOVE” 指令進行數(shù)據(jù)傳送；當(dāng)組態(tài)的報文結(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可以同時實現(xiàn)CPU與Servo_02的數(shù)據(jù)傳輸