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浔之漫智控技术(上海)有限公司
主营：西门子DP电缆代理商
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6ES7231-0HF22-0XA0型号大全
| 1 引言 直流电源设备是电力系统不可缺少的辅机设备。供给断路器分合闸用电，后备电池充电以及二次回路的仪器仪表等低压设备用电都采用直流电源。目前国内发电厂及变电站使用的直流电源设备已广泛采用高频整流模块为功率单元，为了对整个直流系统进行合理的实时监控、管理，本文设计了一种基于西门子s7-200plc［1］的高频直流监控器。其功能主要是实时采集直流系统的电压、电流及供电支路的开关状态等运行参数，并对数据进行分析处理，判断直流系统的运行工况，并根据pid控制理论进行实时运行控制和故障处理，并对蓄电池进行在线监测，为电力综合自动化控制系统提供、稳定、的直流电源。 2 系统硬件组成及工作原理 系统硬件组成原理框图如图1所示。系统主要由直流监控器（以下简称监控器）、模拟量采样板、高频整流模块等组成。其中监控器是整个系统的部分，主要由西门子s7-216cpu配以em-235模拟量模块、闽台人机电子mt-510t触摸屏等组成。系统交流供电采用两路三相三线制方式实现主备用供电电源的自动切换，经过交流配电输入单元供电给智能高频整流模块，智能高频整流模块按监控器控制方式输出所需的直流电压供合闸母线、控制母线、蓄电池充电用。监控器通过plc各开关量输入通道采集各模块报警量输入、各馈线开关量输入、各熔断器信号输入等开入量；通过模拟量采样板将模块采集交流输入电压、直流输出电压、合母电压、蓄电池电压、输出电流、控母电流、合母电流、充电电流等模拟转化为0-5vdc电压量或4-20ma电流量由em-235模块12位a/d通道采样；通过程序内部数据处理，按照程序设定的控制曲线，利用比例微分积分pid（proportional integral differential）控制算法［2］，产生调节量，由em-235模拟量输出口产生0-10vdc电压量，控制高频整流模块的输出电流、电压，实现闭环控制。 监控器采集现场各种运行参数，系统故障时发报警信息；系统事故时保护动作，保护充电设备和电池。触摸屏是整个监控器的人机接口部分，通过rs485与plc通讯，显示直流系统的各种信息，如系统直流电压、电流参数，系统状态信息、故障信息、系统设置参数等，并可设置系统各参数，控制监控器的运行状态。可通过rs485通信接口与上位计算机及智能通讯设备通讯，以实现“四遥”功能［3］。 3 程序设计 3.1 程序流程图设计 plc终端软件采用stl语言编写，程序设计采用模块化，功能化结构，便于维护、扩展。为提高终端的抗干扰能力，软件控制中采用了数字滤波、故障自检、控制口令等措施，保证控制操作的正确性和性。装置plc主要程序流程如图2所示，主要由初始化程序、数据采集处理子程序、时钟处理子程序、充电转换子程序、故障报警及保护子程序、交流中断子程序、pid调节计算子程序、硅链投切控制子程序等组成。主程序始终处于循环运行状态，其中初始化程序主要完成系统的初始化，设定各寄存器、计数器、plc工作模式、定时器中断、通讯方式等参数初始值等。然后不断调用模拟量采集及处理子程序对系统数据进行实时采集；调用充电程序运行方式子程序决定监控器的运行方式；调用故障报警及保护子程序判断故障报警及保护继电器输出；调用时钟处理子程序对蓄电池充电程序各种运行时间累计；调用交流电中断子程序保证系统在交流中断后自动恢复；调用硅链投切子程序根据系统设置的控母电压定值对硅链进行自动投切控制；调用通讯子程序（中断方式）实现与上位机监控系统及其它智能设备通讯。 3.2 主要子程序原理 （1）充电转换子程序：通过判断标志字v152的值来决定监控器的运行方式。当标志字为0时调用浮充电子程序；当标志字为1时调用恒流充电子程序；当标志字为2时调用均充电子程序。各充电子程序之间通过程序内部自动进行转换。系统初次上电后用0.1c10a给定恒流充电，电压达到整定值（2.30-2.40）v×n（n为单体电池节数）时，自动转为恒压均充电；当充电电流逐渐减小，达到0.01c10a时，plc开始计时，均充计时达3小时后，自动转为浮充电状态运行，充电电压为（2.23-2.28）v×n。正常运行浮充状态下每隔720小时，自动转入恒流充电状态运行，按阀控式密封铅酸蓄电池正常充电程序进行充电。 （2）交流电中断子程序：当电网事故停电，这时充电装置停止工作，蓄电池通过降压模块，无间断地向二次控制母线送电，同时监控器发出告警信号。交流电源中断过0.5小时以上，恢复送电运行时，plc控制充电装置自动进入恒流充电状态运行，按阀控式密封铅酸蓄电池正常充电程序进行充电。 （3）通讯子程序：接受命令采用中断处理，通过atch指令使中断事件8在接受不同特征命令下执行不同的程序。对串行通讯的时限制则通过内部定时中断来控制，其事件号为10，定时时间由smb34来确定。为减少通讯的误码，采用crc16校验措施［4］。 4 装置功能特点 检测高频整流模块的输出电流和故障状态：当模块有故障时，监控器发出声光报警信号，并重新均分整流模块负载；可本地或远端控制整流模块的开/关机、自动控制电池充电均浮充转换；可本地或远端连续设置整流模块的输出电压；监测各直流馈电输出的电压、电流，各馈电输出开关状态、熔断器状态、绝缘状态，当发生异常情况时发出声光报警；监测电池电压及充放电电流：当市电中断由蓄电池维持向负载供电时，如果电池电压降至低压告警值，监控模块发出声光报警；当市电恢复后监控系统可对电池进行自动均衡充电管理；提供硅链控制口，可支持5级、7级硅链自动控制；支持母线分段支路绝缘监测，绝缘阻值过低报警；采用原电力部颁标准通讯协议，rs232或rs485串行通讯接口，可方便的与电力自动化系统对接，实现电源系统的“遥信，遥测，遥控，遥调”四遥功能；监控器对重要故障提供继电器输出，故障内容可按用户需要自行设定；当监控器到输出过压、过流等保护信号时，保护继电器动作，跳高频模块交流输入空开，从而保护高频整流模块。 5 结束语 本文利用西门子s7-200和人机电子mt-510t为组成高频直流监控器，充分利用了s7-200plc的各种智能功能，实现了智能化的管理、丰富的人机接口。目前，随着高频整流模块的智能化，现已实现整流模块与监控器的直接通讯，可由监控器直接将控制量下发到整流模块，减少了中间调节转换环节，可快速、、地完成对整流模块的实时监控。通过几十套的现场运行实践表明，该监控器功能强、性高、维护量少、操作方便，同时可方便地通过通讯接入综合自动化系统，可为电力综合自动化系统提供、稳定、的直流电源，有着显著的社会经济效益。(end) |
二．开关电源的组成
开关电源大至由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成，见图1。
1． 主电路
冲击电流限幅：限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流。
输入滤波器：其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网。
整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。
逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的部分。
输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定的直流电源。
2． 控制电路
一方面从输出端取样，与设定值进行比较，然后去控制逆变器，改变其脉宽或脉频，使输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对电源进行各种保护措施。
3． 检测电路
提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。
4． 辅助电源
实现电源的软件（远程）启动，为保护电路和控制电路（PWM等芯片）工作供电。
三．开关电源的工作原理
开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关元件以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关无件接通时输入电源Vi通过开关S和滤波电路向负载RL提供能量，当开关S断开时，电路中的储能装置（L1、C2、二管D组成的电路）向负载RL释放在开关接通时所储存的能量，使负载得到连续而稳定的能量。
VO=TON/T*Vi
VO 为负载两端的电压平均值
TON 为开关每次接通的时间
T 为开关通断的工作周期
由式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，VO间电压平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便使输出电压VO维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方法称为“时间比率控制”（TimeRationControl,缩写为TRC）。
按TRC控制原理，有三种方式：
1． 脉冲宽度调制（Pul*ithModulation,缩写为PWM）
开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。
2． 脉冲频率调制（PulseFrequencyModulation,缩写为PFM）
导冲宽度恒定，通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。
3． 混合调制
导冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上二种方式的混合。
四．开关电源的维修技巧和常见故障
1．维修技巧
开关电源的维修可分为两步进行：
断电情况下，“看、闻、问、量”
看：打开电源的外壳，保险丝是否熔断，再观察电源的内部情况，如果发现电源的PCB板上有烧焦处或元件破裂，则应检查此处元件及相关电路元件。资产管理
闻：闻一下电源内部是否有糊味，是否有烧焦的元器件。
问：问一下电源损坏的经过，是否对电源进行违规操作。
量：没通电前，用万用表量一下高压电容两端的电压先。如果是开关电源不起振或开关管开路引起的故障，则大多数情况下，高压滤波电容两端的电压未泄放悼，此电压有300多伏，需小心。用万用表测量AC电源线两端的正反向电阻及电容器充电情况，电阻值不应过低，否则电源内部可能存在短路。电容器应能充放电。脱开负载，分别测量各组输出端的对地电阻，正常时，表针应有电容器充放电摆动，后指示的应为该路的泄放电阻的阻值。
加电检测
通电后观察电源是否有烧保险及个别元件冒烟等现象，若有要及时切断供电进行检修。
测量高压滤波电容两端有无300伏输出，若无应查整流二管、滤波电容等。
测量高频变压器次级线圈有无输出，若无应查开关管是否损坏，是否起振，保护电路是否动作等，若有则应检查各输出侧的整流二管、滤波电容、三通稳压管等。
如果电源启动一下就停止，则该电源处于保护状态下，可直接测量PWM芯片保护输入脚的电压，如果电压出规定值，则说明电源处于保护状态下，应检查产生保护的原因。
2．常见故障
保险丝熔断
一般情况下，保险丝熔断说明电源的内部线路有问题。由于电源工作在高电压、大电流的状态下，电网电压的波动、浪涌都会引起电源内电流瞬间增大而使保险丝熔断。应检查电源输入端的整流二管，高压滤波电解电容，逆变功率开关管等，检查一下这此元器件有无击穿、开路、损坏等。如果确实是保险丝熔断，应该查看电路板上的各个元件，看这些元件的外表有没有被烧糊，有没有电解液溢出，如果没有发现上述情况，则用万用表测量开关管有无击穿短路。需要特别注意的是：切不可在查出某元件损坏时，换后直接开机，这样很有可能由于其它高压元件仍有故障又将换的元件损坏，一定要对上述电路的所有高压元件进行检查测量后，才能排除保险丝熔断的故障。
无直流电压输出或电压输出不稳定
如果保险丝是完好的，在有负载情况下，各级直流电压无输出。这种情况主要是以下原因造成的：电源中出现开路、短路现象，过压、过流保护电路出现故障，辅助电源故障，振荡电路没有工作，电源负载过重，高频整流滤波电路中整流二管被击穿，滤波电容漏电等。在用万用表测量次级元件，排除了高频整流二管击穿、负载短路的情况后，如果这时输出为零，则可以肯定是电源的控制电路出了故障。若有部分电压输出说明前级电路工作正常，故障出在高频整流滤波电路中。高频滤波电路主要由整流二管及低压滤波电容组成直流电压输出，其中整流二管击穿会使该电路无电压输出，滤波电容漏电会造成输出电压不稳等故障。用万用表静态测量对应元件即可检查出其损坏的元件。例：某一24伏直流电机供电电源通电后无直流24伏输出 ，拆开电源外壳，观察保险丝未烧断且电路板无明显的烧焦处或破裂元件，在未通电情况下量AC输入端阻值和DC输出端阻值正常，量开关管、整流桥、整流管等重要元件正常，故判断不存在内部严重短路的可能，估计保护电路动作。经检查此开关电源采用U3842 PWM控制芯片，经查找相关的资料得知，当U3842芯片的3端电压1伏时，内部电流敏感比较器输出高电平，将PWM锁存器复位使输出关闭。通电测量U3842的3端1伏，6端无输出，经检查相关电路，发现稳压管D2击穿，如图3，故PC1导通，致使U3842的3端为高电平，故6端无输出，开关管不工作，直流侧无直流输出。换同型号稳压管D2，故障解除。
电源负载能力差
电源负载能力差是一个常见的故障，一般都是出现在老式或工作时间长的电源中，主要原因是各元器件老化，开关管的工作不稳定，没有及时进行散热等。应检查稳压二管是否发热漏电，整流二管损坏、高压滤波电容损坏等。例：我厂近红处激光光谱仪（VECTOR 22），开机后无法完成自检并报警且主板指示灯不断闪烁。经检查，供光谱仪主板的直流5V电源仅剩2.3伏左右，脱开5V直流电源的负载，通电再次测量5V直流电源，这时则有5V，初步判断此5V直流电源带载能力差，拆开电源外壳进行检修，由于没有带负载时，通电有直流5V输出，故检查次级线圈侧的输出整流电路，给5伏电源接上负载通电进行测量发现三通稳压7805的1、2脚之间电压为5.2伏，2、3脚之间却剩2.3伏，如图4，故判断三通稳压管7805性能变坏，换三通稳压管7805故障解决。
五．结束语
目前，开关电源以小型、轻量和率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。作为设备维护人员，有必要了解开关电源的基本工作原理，掌握其维修技能，熟悉其常见故障，这样才有利于减少电子设备的维修费用，缩短其故障维修时间，提高自身技能水平。
本项目s7-200 plc应用的不足之处在于它不具备时间记忆功能，即无对时功能。但由于s7-200plc的主要定位在直流牵引开关和断路器的监控，不涉及保护动作（保护工作主要由西门子dpu96来完成），因此，可以通过c101的时间戳来加以。(end)
工业现场使用的智能仪表是随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来的,现在世界仪表市场基本被智能仪表所。究其原因就是企业信息化的需要,企业在仪表选型时其中的一个必要条件就是要具有联网通信功能。（485通讯、以太网通讯、光仟通讯等等）
RS485网络：RS485/MODBUS是现在流行的一种布网方式,其特点是实施简单方便 ,而且现在支持RS485的仪表又特多,特别是在油品行业RS485/MODBUS简直是一统,现在的仪表商也纷纷转而支持RS485/MODBUS,原因很简单,象原来的 HART仪表想买一个转换口非常困难 而且价格昂贵,RS485的转换接口就的多而且种类繁多。至少在低端市场RS485/MODBUS还将是主要的组网方式,近两三年内不会改变。
初是数据模拟信号输出简单过程量,后来仪表接口是RS232接口,这种接口可以实现点对点的通信方式,但这种方式不能实现联网功能。随后出现的RS485解决了这个问题RS485采用差分信号负逻辑,＋2V～＋6V表示“0”,- 6V～- 2V表示“1”。RS485有两线制和四线制两种接线,四线制只能实现点对点的通信方式,现很少采用,现在多采用的是两线制接线方式,这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上多可以挂接32个结点。
在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式,即一个主机带多个从机。很多情况下,连接RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。而忽略了信号地的连接,这种连接方法在许多场合是能正常工作的,但却埋下了很大的隐患,
这有二个原因：
(1)共模干扰问题： RS-485接口采用差分方式传输信号方式,并不需要相对于某个参照点来检测信号,系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围,RS-485收发器共模电压范围为-7～+12V,只有满足上述条件,整个网络才能正常工作。当网络线路模电压出此范围时就会影响通信的稳定,甚至损坏接口。
(2)EMI问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路,如没有一个低阻的返回通道（信号地）,就会以辐射的形式返回源端,整个总线就会像一个的天线向外辐射电磁波
现有的网络拓扑结构一般采用终端匹配120欧姆电阻的手牵手总线型结构,不支持环形或星形网络。在构建网络时,请注意如下几点：
（1）采用一条双绞线电缆作总线,将各个节点串接起来,从总线到每个节点的引出线长度应尽量短,以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响。有些网络连接尽管不正确,在短距离、低速率仍可能正常工作,但随着通信距离的延长或通信速率的提高,其不良影响会越来越严重,主要原因是信号在各支路末端反射后与原信号叠加,会造成信号质量下降。
（2）应注意总线特性阻抗的连续性,在阻抗不连续点就会发生信号的反射。如下列几种情况易产生这种不连续性：总线的不同区段采用了不同电缆,或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装,再者是过长的分支线引出到总线。
在工业现场数据采集系统项目中，随着自动化程度的提高和系统组网的需求，项目管理部门要求有主从两个监控可以查看，控制整个数据采集终端设备。并且要求在每个监控可以通过主机控制采集终端设备对整个工业现场设备进行监控，还要求可以通过服务器将工业现场采集终端设备的数据保存下来。所以就要求要多个数据采集设备可以并存于一个控制系统中。
工程商在施工过程中发现，如果将所有的采集终端设备简单地并联接在一个485总线上，由于各个主控设备存在电位差及485总线产生信号反射等原因，导致整个数据采集系统瘫痪从而不能使用，工程商采用深圳市天地华杰科技有限公司的485总线分割器，将多个主控的设备的485线连接到485共享器的输入端口，通过其共享到一个485输出端口上，由于485共享器输入端口之间有光电隔离，并且采用立驱动的方式，从而可以有效的解决电位差及信号反射问题。从而使得多个数据采集终端设备主机共存于一个控制系统中。