西门子6ES7222-1HF22-0XA8安装调试

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   在工业控制系统中，PLC作为一种稳定可靠的控制器已经得到了广泛的应用。但是由于中小型PLC的人机接口功能不很完善，不能提供给用户一个友好的交互界面，因此妨碍了对现场运行过程的跟踪与监控。 

     PLC实际工作中，通常人们采用4种装置为PLC配置人机界面：编程终端、显示终端、工作站及个人计算机。编程终端主要用于编程与调试，其监控功能相对较弱。显示终端的功能比较单一，主要用作现场显示。工作站系统很受用户欢迎，它功能全面、使用简单，但由于要配置高级组态软件，因而价格比较昂贵。个人计算机可配备多种高级语言，提供优良的软件平台，开发各种应用系统，特别是动态画面显示等，与PLC相结合组成一套PC-PLC监控管理系统，能够充分发挥它们各自的优点。但是在该系统中，关键的问题就是通信，用户对此须做较多的开发工作。 


     本文详细阐述了PC与PLC互连通信的一般方法，并以永宏公司的FATEK-FBS PLC为对象，以实际四层电梯模型监控系统为例，介绍了利用大家都熟悉的编程语言Visual Basic 和Step7，实现PLC与上位计算机实时通信的通信过程。

2 通信方式 

     面对众多生产厂家的各种类型PLC，它们各有优缺点，能够满足用户的各种需求，但在形态、组成、功 能、编程等方面各不相同，没有一个统一的标准，各厂家制订的通信协议也千差万别。目前，人们主要采用以下三种方式实现PLC与PC的互联通信：

(1) 通过使用PLC开发商提供的系统协议和网络适配器，来实现PLC与PC机的互联通信。但是由于其通信协议是不公开的，因此互联通信必须使用PLC开发商提供的上位机组态软件，并采用支持相应协议的外设。可以说这种方式是PLC开发商为自己的产品量身定作的，因此难以满足不同用户的需求。

(2) 使用目前通用的上位机组态软件，如组态王、InTouch、WinCC、力控等，来实现PLC与PC机的互连通信。组态软件以其功能强大、界面友好、开发简洁等优点目前在PC监控领域已经得到了广泛的应用，但是一般价格比较昂贵。组态软件本身并不具备直接访问PLC寄存器或其它智能仪表的能力,必须借助I/O驱动程序来实现。也就是说，I/O驱动程序是组态软件与PLC或其它智能仪表等设备交互信息的桥梁，负责从设备采集实时数据并将操作命令下达给设备，它的可靠性将直接影响组态软件的性能。但是在大多数情况下，I/O驱动程序是与设备相关的，即针对某种PLC的驱动程序不能驱动其它种类的PLC，因此组态软件的灵活性也受到了一定的限制。

(3) 利用PLC厂商所提供的标准通信端口和由用户自定义的自由口通信方式来实现PLC与PC机的互连通信。这种方式由用户定义通信协议，不需要增加投资，灵活性好，特别适合于小规模的控制系统。 

     通过上述分析不难得出，掌握如何利用PLC厂商提供的标准通信端口和自由口通信方式以及大家所熟悉的编程语言来实现PC与PLC之间的实时通信是非常必要的。

3 FATEK-FBS PLC通信方式及原理 

     FATEK-FBS PLC内部集成的PPI接口为用户提供了强大的通信功能，可在多种模式下工作：PPI、Profibus-DP、自由口方式等。其中自由口通信方式较具有特色，通信协议可完全由梯形图程序控制，通过它可以实现PLC与任何具有通信能力的设备进行互连，因而在本系统中选用自由口通信方式。 

     目前PLC与PC机的链接通信有两种方式，一种是PC机始终处于主导地位，数据的传送都由PC机定时发出命令，另外一种是PLC始终具有**权。在本电梯模型监控系统中所有的控制信号均为开关量信号，考虑到上位PC机仅实时显示电梯的运行状态，不需向PLC发送控制指令，采用第二种通信方式。利用PLC循环扫描的特点，设备状态一旦改变，PLC立即检测到，并将反映系统状态变化的数据存入*的数据缓冲区，通过XMT发送指令，将数据通过COM口发至上位机。每个系统的状态对应于数据缓冲区中的一个*字节，所存储数据均为16进制数据，为保通信过程的可靠性，上位机对所接受到的数据进行首尾字符校验，如果校验成功，则说明接收到的首末字节之间的数据是正确的，从而进行处理，否则，放弃这批数据，要求对方重发。

4 PLC应用实例与程序设计

(1) 系统构成 

     FATEK-FBS PLC内部集成的PPI接口物理特性为RS485，而上位机的标准串口为RS232，为了实现两者的通信必须进行协议转换，永宏公司提供的PC/PPI电缆带有RS232/RS485电平转换器，因此再不增加任何硬件的情况下，可以方便的实现二者的互联和协议转换。 

     作为控制器的FATEK-FBS PLC利用电梯模型自带的电源线实现与四层电梯模型的互连，该电梯模型为教学试验装置，具备一般电梯的基本功能。

随着的高速发展、城镇化率的不断提高，中国城镇建筑面积逐年增加，同时建筑的高能耗问题也变得日益凸显。数据显示：截止至2013年底，中国（城镇和乡村）既有建筑面积已达500亿平方米以上。另据住房和城乡建成部数据显示，中国建筑运行能耗约占全社会总能耗的27.5%，其中大型公共建筑总面积不足城镇建筑总面积的4%，但总能耗却占全国城镇总耗电量的22%，大型公共建筑单位面积年耗电量达到70～300KWh，为普通居民住宅的10～20倍。本文就中航民用能耗管理系统做一简单介绍，本系统采用智能电力仪表采集配电现场的各种电参量和开关信号。系统采用现场就地组网的方式，组网后通过现场总线通讯并远传至后台，通过Acrel-5000型建筑能耗监测系统实现变电所配电回路用电的实时监控。

关键词：中航民用 能耗管理 无人值守 节能改造 智能配电系统 配电自动化

0引言

智能电网是当前国内新技术和新产业发展的热点。根据智能电网研究框架体系，智能电网建成主要抓住发电、输电、变电、配电、用电和调度六个环节。“配用电”环节即为电网用户端。用户端消耗着整个电网80%的电能，用户端智能化用电管理对用户可靠、安全、节约用电有十分重要的意义。构建智能用电服务体系，全面使用智能仪表以及智能用电管理终端设备，实现电网与用户的双向良性互动。

Acrel-5000能耗管理系统正是针对以上趋势而研发的用户端能耗管理系统。本系统通过对中航民用变电所内的部分重要回路进行计量，通过对监测回路用电量的实时计量、存储、分析，以表格或图形的形式来显示整个计量体系用电状况，找出高能耗点或不合理用能习惯，为有效节约能源，用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。

本文以中航民用为例，简单介绍Acrel-5000能耗管理系统在中航民用配电系统中的应用。

1、项目介绍

中航民用航电产业园位于上海紫竹园区，总投入规模约10.8亿元，占地186亩，计划分两期开发。按照一次规划分步实施细则，中航民用航电产业园分期开展航空电子系统研究开发平台、航空电子产业平台、航空微电子研发平台、民用电子产业创新平台、产业园配套服务平台的建成。中航民用航电产业园以“集聚智力和资本优势的生态产业园”为建成目标，规划设计以“绿色”和“生态”为主题，充分体现低层、低密度、低容积率、高绿化率的优势，营造出自然、简约、的国际化科研办公环境。

中航民用能耗管理项目主要是针对其一期工程开关柜内安装的145只ACR220ELH安科瑞网络电力仪表和12只ACR30ELH安科瑞网络电力仪表实现实时监控和相关电参量的采集、存储、处理以及显示。

本项目中甲方负责项目中的线缆购买、铺设、仪表连接。我方负责仪表的通讯调试和系统综合调试，且在项目进行过程中提供相应的施工布线指导和图纸深化技术支持。

2、用户需求

①　标准的变配电系统具有一次单线图显示中、低压配电网络的接线情况：庞大的系统具有多画面切换及画面导航的功能；分散的配电系统具有空间地理平面的系统主画面。主画面可以显示各个回路的运行状态，并具有回路带电、非带电机故障着色的功能。主要电参量直接显示于人机交互界面并实时刷新。

②　软件可对不同级别的用户赋予不同权限，从而保证系统在运行过程中的安全性和可靠性。

③　电压、电流、功率、功率因数及频率等监测信息实时刷新，并以一次图形式直观动态显示。各回路子画面上显示该回路各电参量、回路名称、CT变比、电流越限值及开关状态等信息，且可实现数据的转发上传。

④　对其负载绘制电流趋势曲线，便于分析该回路配电运行工况

⑤　越限报警，针对客户的特定回路来设置越限报警

⑥　对各回路的电能集抄功能，并自动生成符合客户管理需求的用电报表

⑦　报警事件记录，便于维护人员来根据事件发生的时间性质对电路进行维护。

⑧　系统以Web发布后可进行远程网络访问，且可通过Internet访问。

3、设计方案

3.1参考标准

系统的设计满足以下所列制造和试验标准：

JGJ/T 16-92 《民用建筑电气设计规范》

GB/J63-90 《电力装置的电测量仪表装置设计规范》

GB/T13730 《地区电网数据采集与监控系统通用技术条件》

GB2887 《计算站场地技术要求》

GB/50198-94 《监控系统工程技术规范》

DL/T 698.31-2010 《第3.1部分：电能信息终端技术规范-通用要求》

DL/T 698.35-2010 《第3-5部分：电能信息终端技术规范-低压集中抄表终端特殊要求》

DL/T 698.41-2010 《第4-1部分：通信协议-主站与电能信息终端通信》

DL/T 698.42-2010 《第4-2部分：通讯协议-集中器下行通信协议》

DL/T/814-2002 《配电自动化系统功能规范》

3.2 系统架构设计

鉴于中航民用的建筑规模、性质，以及后续项目的可连带发展的性质，安科瑞电气股份有限公司系统部根据用户的几点需求以及在相同性质工程中的经验，对该建筑的智能配电系统的搭建做以下设计：中航民用所有监控点位现已安装智能电力仪表，且均采用标准的Modbus-RTU协议。将现场安装的智能仪表通过屏蔽双绞线以手拉手式相连，数据总线直接铺设至主机所在的值班室。数据总线通过数据采集器将至系统主机。

4、系统功能

上位机软件采用Acrel-5000能耗管理系统，通过软件进行设备配置、数据库变量配置、界面设计等，完成了在上位机软件及电力监控的功能。

4.1 功能特点

Acrel-5000能耗管理系统采用全中文界面，操作简单方便；运行稳定可靠的特点。点击相应快捷按钮即可进入相应的系统功能模块；系统具有一次系统图显示，模拟图显示和网络结构图显示；系统具有人机界面友好，显示数据直观，方便用户查阅。

4.2使用说明：

4.2.1登陆界面

软件的界面可以根据项目的特点和客户的要求来设计。初始界面为“登录界面”，选择用户名，输入相应密码，则进入查看数据，否则无法查看数据。

5、结束语

随着用户端配电系统智能化管理需求的提高。能耗管理系统已成为配电端用户的必然选择，本文介绍的Acrel-5000能耗管理系统在中航民用项目中的应用，可以实现对中航民用配电系统实时监控，不仅能实时显示配电系统各个回路的运行状态，系统的网络通讯功能，还可以和上层数据平台实现数据共享。系统对采集数据的进行分析、处理，实时显示变电所内各配电回路的电能使用状况、负载越限具有弹出报警对话框及报警声音提示，并生成各种电能报表、分析曲线、图形等，便于电能的远程抄表以及分析、研究制定相应的用能考核机制。该系统运行安全、可靠、稳定，为配电系统终端用户解决各个配电回路的具体用电不明的问题，为后期电力系统的维护及制定节能措施提供了真实可靠的依据。