西门子模块6ES7214-2AD23-0XB8参数说明

西门子模块6ES7214-2AD23-0XB8参数说明

1、前言

随着我国经济的高速发展，用电量的日益增加，配电的性日益重要。配电网络由配电变压器、配线柜及配电线路构成，配电变压器的决定了配电网运行的。由于配电变压器分布分散，干扰大，配电变压器之间通讯比较困难，用常规的自动化监测手段难以实现大量配电变压器参数的集中监测。当配电变压器出现故障或者遭到人为破坏的时候，例如出现负荷运行等情况时，无法及时反映到监控，容易造成的损失。本文所述的配电变压器智能化远程监控系统为解决上述问题提供了一套可行的方案。

2、系统功能

（1）保护监测功能：变压器电流差动保护、变压器差流速断保护、变压器过流后备保护、过电压保护、电流测量、电压测量、温度测量、功率因数测量、谐波测量。

（2）异常报警功能：遇有报警事件（断路、短路、过载、过热、欠压、停电等）发生时，在本地进行相应的处理，并通过DP模块发送报警信息到配有DP主站卡的管理计算机。管理计算机收到报警信息后，主动弹出警告窗口，告诉用户哪个监测点发生了报警类型以及解决措施，并提供报警数据。

（3）自保护功能：系统具有自检测和数据掉电保护功能。

3、方案设计

和利时公司的HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC具有良好的扩展性能、较高的性价比、良好的抗干扰性和丰富的指令。该方案采用HOLLiAS-LEC G3系列PLC进行数据采集和处理，如图1所示。

图1 配电变压器智能化远程监控系统

配电变压器智能化远程监控系统的每个DP从站对本地的配电变压器进行实时测量，包括电流、电压的过载情况，并对设备的运行参数进行在线，主要包括温度、压力的工作状态。然后通过DP从站通讯模块把到监控室的管理计算机上，完成整个系统的监控功能。DP从站包括一个CPU模块LM3107、1个4通道的模拟量采集模块LM3310、1个16路开关量输入模块LM3212、1个8路开关量输出模块LM3222和1个DP从站通讯模块LM3401。

每个DP从站通过Profibus-DP总线实现和DP主站之间的通讯。对于配电变压器工作状态的相关数据，模拟量由LM3310采集得到，开关量由LM3107和LM3212直接得到，在CPU模块LM3107里对采集到的数据进行相应的处理，作出各种保护措施，由LM3222输出开关量，然后LM3107将需要传送的模拟量和开关量通过DP通讯模块LM3401实时传输给DP主站。

4、方案优势

本文提出的解决方案有以下的优势：

1.采用HOLLiAS-LEC G3 PLC检测配电变压器工作状态的相关数据，具有抗干扰性强、维护方便的优点。

2.HOLLiAS-LEC G3 PLC具有很强的通讯能力，对的实时提供了保。管理计算机通过Profibus-DP总线把每个配电变压器的相关数据进行汇总，并不断刷新实时数据库。

3.当配电变压器发生故障时，监控室能时间发现故障，并提供故障分析，指出故障原因，提出故障处理意见。

5、结束语

该方案已经成功应用于北京地铁1,2号线的配电系统中，运行效果良好。调度人员可以对配电网中全部的配电变压器进行远程监控，监视配电变压器的实时状态参数。该系统不仅提高了工作人员的效率，对于提高整个配电网的性也起到了重要的作用。HOLLiAS-LEC G3 PLC很好的抗干扰性和强大的通信功能保证了配电网的，从而大大提高了配电网的自动化水平，增强了配电网及地铁运行的性与性。

一 网络概述：
目前PLC网络采用分级分布式复合结构时，一般分为三级（层）
1管理层（以太网）
2控制层（开放式，标准的现场总线）
3现场层(部件层)也就是指装置层和传感器层
以太网采用CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Asscess with Collision Detection)介质访问控制方式，即载波多路访问/冲突检测方式，该方式可以简单通俗地叙述为“先听后讲，边讲边听”。以太网在工厂管理层、车间监控层将成为主流技术，与互连网技术结合是未来eManufactory技术基础; 在没有严格时间要求的设备层也将获得一定的发展；但对一般工业网络要求实时性、确定性通信场合，现场总线技术还将处于主导地位；我们学会面对一个多种网络技术并存的现实世界。以下就对现场总线中的一种 ――令牌总线进行研究。
二 关键字：以太网， 令牌总线(N:N网络)，RS485
N:N网络相当于三级总线型结构的中间一级，即控制层，一层为远程I/O链路，负责与现场设备通信，收集现场数据，驱动执行器，在远程I/O链路中配置周期I/O通信机制，这一层也可配置AS-I(传感器－执行器接口)链路，除了N:N网络外，比较通用的有主从总线（1：N）方式，争用总线方式，令牌环方式，浮动主站（N:M）方式，目前已存在若干种现场总线，现场总线的体系结构，省略了网络层，传输层，回话层及表示层这四层，包括应用层（APPLICATION）,数据链路层（DATAbbbb），物理层（PHYSICAL）,这主要时针对工业过程的特点，使数据在网络流动中尽量减少中间环节，加快数据的传输速度，提高网络通信及数据处理的实时性，他们之间区别大之处在于数据链路层协议，尤其是这层中的介质访问控制（）子层，协议可分为如下三个类型。（1）集中式轮询协议。1：N（2）令牌总线协议N:N（3）总线仲裁协议。
SA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统作为生产过程和事物管理自动化为有效的计算机软硬件系统之一，它包含两个层次的含义：一是分步式的数据采集系统，即智能数据采集系统，也就是通常所说的下位机；另一个是数据处理和显示系统，即上位机HMI（Human Machine Interface）系统。
三 RS232C和RS422/485串行通信接口介绍
RS232C和RS422/485串行通信接口，RS232C地电气接口电路是单端驱动，单端接收地电路，有公共地线，这种接口电路不能区分有用信号和干扰信号，抗干扰能力差，故其传输速率和传输距离收到很大限制。 RS422/485采用平衡驱动，差分接收电路，取消了信号地地接法，平衡驱动器相当于两个单端驱动器，当输入同意信号时其输出是反相的，如有共模信号干扰时，只接收差分信号电压，从而大大提高了抗共模干扰的能力，并能在较长距离内明显提高传输速率。其传输距离可达1200M（10KB/S）传输速率可达10MB/S，分别是RS232C的100倍和500倍。
RS485是RS422的变形，二者的区别是RS422为全双工型，RS485为半双工型，在使用RS485互联时，某一时刻只有一个站点可以发送数据，其他站点只能接收，因此，其发送电路由使能端加以控制，
用FX2N所组成地N:N网络地总站点数大为8个，使用协议时，多16个站，包括A系列的可编程控制器，半双工通讯，38400bps，
N:N网络 RS485连线的选择是 一对导线 ,单对子布线的情况下，在端子RDA和RDB之间连接端子电阻（110欧，1/2瓦棕棕棕），双对子布线的情况下，在端子SDA和SDB之间连接端子电阻，（220欧姆，1/4瓦），而在RDA和RDB之间也是这样。（橙橙棕），
优点： 1节省配线，2提高处理速度，3实时性好。
四N:N网络设计
1硬件设计， PLC可选用FX2N,FX2NC,FX1N,FX0N,通讯选用FX2N-485-BD,或者FX1N-485-BD，FX0N-485-BD，在本设计中，选用两个FX2N-485-BD,两个FX1N-485-BD。一个FX1N-32MR,一个FX1N－485-BD
2软件设计， 由于使用了三个FX2N可编程控制器，在软件设计中，要分别对每个可编程控制器进行编程，选一个PLC为主站， 将网络参数写在这个主站中.
其他程序见附表， 分别为每个可编程控制器写好程序。其通讯通过以下操作实现：
1） 主站点的输入点X000到X003（M1000到M1003）输出到站点号1和2的输出点Y010到Y013。
2） 站点1的输入点X000到X003（M1064到M1067）输出到主站点和站点2的输出点Y014到Y017。
3） 站点2的输入点X000到X003（M1128到M1131）输出到主站点和站点1的输出点Y020到Y023.
4） 主站点中的数据寄存器D1为站点1中计数器C1的设定值。
计数器C1的接触(M1070)状态反映在主站点的输出点Y005上。
5） 主站点中的数据寄存器D2为站点2中计数器C2的设定值。
计数器C2的接触(M1140)状态反映在主站点的输出点Y006上。
6） 站点1中数据寄存器D10的值和站点2中数据寄存器D20的值被加入主站点，并被存入数据寄存器D3中。
7） 主站点中数据寄存器D0的值和站点2中数据寄存器D20的值被加入站点1，并被存入数据寄存器D11中。
8） 主站点中数据寄存器D0的值和站点1中数据寄存器D10的值被加入站点2，并被存入数据寄存器D21中。
五 结果分析
在本试验中，N=3， 在这个网络中，通过485BD的通讯功能，链接了这个网络中的数据，这种通讯是通过在刷新范围内的字软元件和位软件的数值和状态交换来实现的，可以通过改变一个站点的数值，来改变整个网络的控制状态。
此网络的大总站点数大为8个，为半双工通讯，可以根据需要来决定站点数的多少，当增加站点数的时候， 可以通过修改N=3的程序，写入增加站点的程序，并在原有的站点进行相应的改变即可实现。
此网络适用于多点分散控制， 实时性要求高的场合， 且处理速度快。能节省配线， 。但存在的问题是有通讯距离的限制，在此系统中不使用FX2N-485-BD或FX1N-485-BD时，大延伸距离是500M，（使用时：大50M）

系统主要由监控、无线通信系统、现场监控终端、传感器及仪表四部分组成。

监控：由微机、MCGS组态软件，无线数传电台、全向天线、模拟屏及UPS组成，主要完成各现场终端数据的实时采集、监测、控制、数据存储、打印报表、数据查询等功能。

无线通信系统：监控与各泵站终端之间采用无线方式通讯。监控为主动站，其它终端副站为被动从站，该系统采用无线电管理给定的数据频率，以一点对多点的方式与从站通讯，监控为全向天线，各副站为定向天线。

现场监控终端：为PLC，是一个智能设备，它有自己的CPU和控制软件，主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警、控制等功能，并通过无线信道与监控微机进行数据通信。根据监控的命令分别完成系统自检、数据传送、控制输出等任务。

传感器及仪表：是PLC监测现场信号的“眼睛”，现场所有信号都需经过传感器及仪表的转换，才能输出标准信号，被PLC终端所接受。系统主要测量电压、电流、液位、压力、流量及耗电量等参数。

水源井输水泵的控制

●手动控制。操作员根据清水池液位对输水泵进行启动和停止操作。
● 自动控制。PLC根据清水池液位及各输水泵起动水位和停止水位，对处于自动方式的输水泵进行启动和停止操作。

三、现场PLC终端

现场PLC监控终端是工业现场与监控之间的桥梁纽带，一方面它采集现场仪表、变送器、设备运行状态等信号，另一方面它又与监控通讯，执行有关命令。现场终端一般无人值守。因此，终端机的性能和质量对系统的性影响很大。经充分论证，选用西门子S7-200系列PLC作现场终端具有较高的性能价格比，它具有体积小、易扩展、性能优等特点，非常适合小规模的现场监控。

1、PLC硬件设计

现场某一终端需测控开关输入信号，开关输出信号路，模拟量输入信号。因此，我们选用S7-212基本单元，模拟输入扩展单元（EM231），模拟输出扩展单元（EM232）。满足现场要求。

2、通讯接口

从站中PLC与电台通讯： S7-214PLC基本单元提供一个RS-485接口，为了与无线信道的数传机（电源、数传电台）相连，我们专门设计了RS-485接口的Modem，并采用光电隔离技术，使二者在电气上立，避免相互干扰，由于数传机发射时需要RTS信号，而RS-485接口又不提供RTS信号，解决这个问题有两法。其一，由无线Modem根据PLC的发射信息产生RTS信号，这就要求该Modem智能化，同时PLC在发送信息之前需先与Modem通信，让其输出RTS信号，并回送RTS已产生信息，然后PLC再发送现场信息。其二，采用PLC的某一I/O输出点，产生RTS信号，由PLC在发送信息前现接通该点，控制数传机发射，延时一段时间后（电台建立载波时间），再发送信息。后一种方法简单、实用，较好的解决了无线通信的接口问题。
主控室的PLC与工控机的通讯：因为主控室的PLC要和数传电台通讯又要和上位机（工控机）通讯，所以主控室的PLC选用S7-216基本单元，直接用西门子的PPI电缆和上位机相连，可在上位用北京昆仑通态提供的MCGS组态软件进行组态和编程，对现场的水位等信号进行实时的监控和处理。

3、抗干扰设计

为提高系统的性，现场终端、数传机、PLC、直流温压电源及部分变送器装于一个控制柜内，各部分相对立，便于维护。PLC开关量输入、输出与现场之间加继电器隔离，模拟信号采用信号隔离器和配电器隔离，电源采用隔离变压器供电，以减小电源“噪声”，同时系统设置良好的接地。

四、PLC软件设计

PLC终端软件采用梯形图语言编写，为提高终端的抗干扰能力，软件设计中采用了数字滤波、故障自检、控制口令等措施，保证控制操作的正确性和性。程序设计采用模块化、功能化结构，便于维护、扩展。终端软件主要由下列模块组成。

1、初始化程序：设定各寄存器、计数器、PLC工作模式、通信方式等参数初始值。

2、数据采集子程序：对各路模拟量数据采集、滤波、平均等处理。

3、累计运行时间子程序：对泵机等设备的运行时间进行累计。

4、遥信子程序：检测电机、阀门、报警开关等设备的运行状态。

5、置初值子程序：由监控对时间、电耗、流量等累计参数按用户的要求设定初始值。

6、故障自检子程序：检测PLC的故障信息、校验信息，并发往监控。

7、控制子程序：根据监控的命令，或现场自控条件输出相应的操作。

8、通讯子程序；完成与监控的各种通信功能。

通讯程序中，接收命令和发送命令采用中断处理，通过ATCH指令使中断事件8在接收不同特征命令下执行不同的程序。对串行通信的时限制则通过设定内部定时中断来控制，其事件号为10，定时时间由SMB34的值确定。为减少通信的误码，采用偶校验及异或双重校验措施。

五、结束语

本系统在软、硬件方面采取了多种措施，特别是现场终端选用了S7-200 PLC，提高了系统的性，在自来水厂自动控制系统了较好的应用效果。PLC基于SA系统能充分满足对水厂控制系统的要求，对水厂的运行、提高供水质量、节能降耗、优化管理等方面起到了至关重要的作用。本系统将无线通讯与S7-200 PLC的结合，解决了现场分布较散、距离较远、范围较大的系统监控问题，在供水、供电、供气、油田、气象、水文水利等部门有较好的应用前景。