西门子模块6ES7223-1PL22-0XA8参数选型

西门子模块6ES7223-1PL22-0XA8参数选型

1、前言

    随着景德镇城市电网的不断发展，10kV配电线路中间的联络和分段不断增多，线路越来越复杂，10KV线路上安装的是整定电流为600A、400A、200A的开关，平时负荷均较重，这样当线路出现过负荷、瞬时故障、故障等任一种情况，开关均会自动跳闸，而目路上没有任何监控设备，所以当出现跳闸断电时，供电部门往往并不知道，这给调度和抢修人员提出新的要求，即要十分清楚配电网的实际运行方式，否则会造成扩大线路停电时间、增大故障巡线人员工作量，有可能会发生误调度、误操作,轻则引起配网事故,重则发生人身伤亡事故。为解决上述问题，景德镇供电公司对10KV配电线路柱上开关进行远程监测，以便解决当临的问题。

    配网柱上开关监测系统是基于终端检测设备、GPRS、SA技术的一套自动化系统，系统将实时显示10KV配电线路的柱上开关分/合闸状态，并显示电压、电流、功率、功率因数等数据，发现开关状态变位则配电终端主动上报，及时通知主站，主站自动通过GSM短信方式将信息通知给有关人员的手机上，使故障得到尽快解决。

    实施该项目可以为供电企业带来如下好处：实时监视10KV线路的运行情况；减少停电时间，提高供电性；减少检修工作量，提高工作效率；提高用户满意度；加强设备监视、预防事故；提高运行管理水平、提高运行的经济性；确保规划建设的科学性。

    2、系统总体结构

    近十年来，就有许多供电公司投运了配网自动化系统，一般是在配电变压器、柱上开关、开闭所安装相应的终端，通讯信道多为光纤方式，主站系统建设的庞大，包括传统的SA、GIS、应用软件等，这样就造成配网自动化系统投资大，系统建设复杂，利用率低，实用化程度不高，造成了高投资低效率的系统产品。

    针对景德镇供电公司的现状，考虑通过较低的投入，来实时获得配电网的运行状态，以降低电网的故障率，降低电网的停电时间，电网运行的、。在通讯方式上，屏弃光纤通讯方式，采用基于无线的GPRS通讯方式；在主站系统配置上，功能实用化，即构建一个系统投资小、简单、可行、实用的自动化系统。该系统由配网柱上开关采集终端、GPRS网络和主站构成.

    2.1终端监测设备

    选用四方华能的CSF101型配电自动化远动终端，能采集交流输入电压，监视开关两侧馈线的供电状况；实时采集开关的正常电流和故障电流，并实现电流量的越限监测；状态量信息，具有重要状态量（如：开关位置、开关是否储能、保护动作或告警信号等）变位上报及时间记录功能；计算被测系统的频率、功率因数、有功/无功功率和统计电度；接受并执行遥控指令，控制开关的开、合等功能。

    2.2网络通讯方式

    使用公用无线信道的GPRS通信方式，无须建设无线网络，通信覆盖范围大，客户端设备安装施工方便，总体造价低。

    2.3主站系统

    主站是监测系统的控制，主要负责控制对配电网络的实时监控；负责维护设备运行参数的设定；监视系统网络的通讯。

3、实施中的关键技术

    配电终端设备是监测的基础，其关键点有设备电源的供应和保、故障的接地识别和处理。并实现及时主动告警，即配电线路运行异常一旦发生，告警事件立即通知到供电公司主站，并由主站通知到相关人员，以便及时进行事故处理。

    GPRS通讯组网是实现集中监控的基础保证，系统的远程通过中国移动的GSM/GPRS网络，要保数据准确及时，其次还稳定。

    系统借助GPRS网络进行通信时会产生相应的流量费，基于通讯要求的实时性和结点众多，减少流量能有效地节省费用。在保满足需求的前提下，采用了一定的数据压缩的协议和算法。

    配电线路现场监测数据采集到供电公司主站后，通过数据整合分析，可整合供电公司其它系统（用电MIS、AM/FM/GIS、关口计量系统）的数据，进行有的分析。

    4、主站系统的主要功能简介

    4.1对线路等的选择监视

    通过主站系统的主界面，可以选择监视各线路或站所，通过画面查看遥信、遥测信息。

    4.2对终端设备的状态记录和表现

    在主站存储设备中保存监测到的终端设备的状态及其变化信息。系统能提供基于表格的查询和基于曲线的实时信息显示，分别如图5、6所示。同时，在进行数据整合分析后，系统提供了数据信息与供电公司其它信息系统的共享，为检修、规划、决策等提供确实的信息。请登陆:高压开关网浏览多信息

    5、小结

    通过一段时间的运行使用，该远程监测系统的功能和性能能满足供电公司对10KV配电线路进行实时监测的需要，有利于提高供电性、降低运行维护费用、降低线损，提高设备利用率、推迟基本建设投资，提高管理水平和工作效率，进而提高为客户服务的响应速度务质量，树立企业形象，增强电力企业的竞争力。

  发电厂、变电站的高压开关柜电中众多高压电气设备连接点是电力输送薄弱环节，在设备长期运行过程中这个薄弱环节的实质问题就是联接点发热。随着负荷的增大，导致连接点发热并形成恶性循环：温升、膨胀、收缩、氧化，电阻增大、再度升温。而这些发热部件的温度无法实时监测，由此终酿成火灾事故。 
    通过监测开关柜内触电温度的运行情况，可有效防止开关柜的火灾发生，但由于开关柜内高压狭小的结构，无法进行人工巡查测温，因此实现温度在线监测是保证高压开关柜运行的重要手段。 
    本系统采用无线光电温度传感器，温度传感器可快捷方便地安装在高压带电体被测接点上，准确地跟踪发热接点的温度变化；无线光电温度传感器是利用射频技术传递温度信息，实现了和被采集点等电位，。本产品的机柜终端可准确地报告运行中所有被测高压设备易发热部件温升，为设备运行提供的数据依据；安装在市、区监控的温度监测运行软件功能强大，系统数据库通过人机界面将地理分布图、接点温度运行参数、预告警信息、历史参数等通过图形、表格、曲线、棒图等形式直观显示，为决策层提供直接的数据依据，隐患、大限度的减少事故。 
    温度监测仪配备标准通讯接口，可联网运行，通过上位计算机，可记录开关柜运行温度的数据，为开关柜的维修提供依据，实现了开关柜故障的预知维修。 
    本系统不但节省了大量的人力、物力，与示温蜡片、红外测温相比，还体现了本产品系统具有测温精度高、响应速度快、体积小、易安装、实时在线，光纤传导，抗干扰性强等优点，是传统测温方式的一次。 
    系统功能 
    本系统由测温装置和温度分析组态软件两部分构成 
    1)信息功能 
    本系统利用无线光电温度传感器采集高压带电物体的温度，例如高压开关柜内动静触头和母线的连接处。 
    2)微电子智能终端机功能 
    微电子处理器由现代的电子模块组成，高度智能化，速度快、稳定。每台有6—12个通道供用户使用。该设备可及时将传感器的温度信息进行数字化分析处理，系统可及时得到各被测点正常、预警、告警、三项不平衡温度信息。 
    3)运行状态数据显示功能 
    系统显示分三部分 
    I.机柜显示终端：机柜显示模块可实时在线显示本机柜所有被测接点正常、预警、告警及三项不平衡温度数据。可自动运行、可手动巡检。来源: 
    II.电站中控室显示终端：电站中控室显示模块可实时在线显示本电站所有被测开关柜被测接点的正常、预警、告警及三项不平衡温度数据。可自动运行、可手动巡检。 
    III.区域监控运行软件： 
    该软件可安装在区域监控的服务器上，实时在线显示被控区域所有电站中的任意电站、任意开关柜的每个被测点正常、预警、告警、三项不平衡运行温度数据。
4)自检功能保证设备： 
    本系统各级终端都具有故障自动诊断、自动报告、自动恢复功能确保系统运行的性。 
    5)通信功能： 
    机柜终端和电站中控室终端都设有数据通信接口，系统可按用户要求把运行数据传送到用户任何需要的地址。配接转换接口，实现局域网和远程联网通信。 
    6)存储、打印功能： 
    中控室终端和系统运行软件设有存储、打印模块，可将系统测得的预警、告警、三项不平衡运行数据按时间、地址进行存储，必要时可将数据打印成书面文档。 
    系统构成 
    无线光电温度传感器无线光电温度传感器由温度采集点和无线收发器组成。温度采集点体积小，可任意灵活地被安装在被测物件的任意点；温度采集点有数据线和无线收发器以等电位形式相连，温度数据由无线收发器以无线形式实时报告基站。利用射频技术传递温度信息，实现了和被采集点等电位，。 
    来源:高压开关网 
     
    温度监控站软件 
    该软件运行在上位机上，用来处理各电站采集发送的机柜温度数据，有强大的数据库进行运算、显示预告警、储存打印。该软件需单定购。 
    1.充分考虑无人值班站的发展思路，服务器端免维护； 
    2.系统软件操作简单，界面清晰； 
    3.系统软件能够实时显示、并存储各个测温点的实际温度； 
    4.系统软件统计功能：可以记录、存储测温点温度数据及报警时间，并能够以图形方式显示历史数据，便于分析； 
    5.系统软件能提供高温预警、报警提示； 
    6.系统软件支持数据网络共享，支持Web浏览； 
    应用范围 
    本系统主要应用于监测电网中高压电器设备易发热部件： 
    1.10KV、35KV高压开关柜的动静触头及柜内各种接点温度的在线监测； 
    2.地下电缆沟内的高压电缆接头及其他高压易发热部位温度的在线监测； 
    3.电站主变温度在线监测； 
    4.发电厂变电设备和电缆沟内电缆接头温度的在线监测。 
    有限保用范围 
    本有限保用条款的范围不包括因外在因素造成的损失，包括意外事故、电力故障、不按照产品规格使用、使用不当或疏忽、改装、修理或测试不当。

1 引言 
在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的启停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，而PLC技术是解决上述问题的有效、便捷的工具，因此PLC在工业控制领域得到了广泛的应用。下面就PLC工业控制系统设计中的问题进行探讨。

2 PLC系统设备选型

PLC主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器，机群或一个生产过程。不同型号的PLC有不同的适用范围。根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有余量而不浪费资源的机型（小、中、大形机器）。并且结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定价格性能比较好的PLC机型。

目前市场上的PLC产品众多，国外有德国的SIEMENS;日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJI、Panasonic;美国的GE;韩国的LG等。国产有研华、研祥、合力时等。近几年，PLC产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高。PLC 的选型应从以下几个方面入手。

2.1 确定PLC 控制系统的规模

依据工厂生产工艺流程和复杂程度确定系统规模的大小。可分为大、中、小三种规模。

小规模PLC控制系统:单机或者小规模生产过程，控制过程主要是条件、顺序控制，以开关量为主，并且I/O点数小于128 点。一般选用微型PLC,如SIEMENS S7-200等。

中等规模PLC控制系统:生产过程是复杂逻辑控制和闭环控制，I/O点数在128——512 点之间。应该选用具有模拟量控制、PID控制等功能的PLC，如SIEMENS S7-300等。

大规模PLC控制系统:生产过程是大规模过程控制、DCS系统和工厂自动化网络控制，I/O点数在512点以上。应该选用具有通信联网、智能控制、数据库、中断控制、函数运算的PLC,如SIEMENS S7-400等, 再和工业现场总线结合实现工厂工业网络的通讯和控制。

2.2 确定PLC I/O 点的类型

根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有软硬件资源余量而不浪费资源的机型（小、中、大型机器）。

根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。

电磁阀的开闭、大电感负载、动作频率低的设备，PLC输出端采用继电器输出或者固态继电器输出;各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动/停止应采用晶体管输出。

2.3 确定PLC编程工具

（1） 一般的手持编程器编程。 手持编程器只能用商家规定语句表中的语句表（STL）编程。这种方式效率低，但对于系统容量小、用量小的产品比较适宜，具有体积小、价格低、易于现场调试等优点。 这主要用于微型PLC的编程。

（2） 图形编程器编程。图形编程器采用梯形图（LAD）编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高,主要用于微型PLC和中档PLC。

（3） 计算机加PLC软件包编程 。这种方式是效率的一种方式，但大部分公司的PLC 开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试，主要用于中PLC系统的硬件组态和软件编程。

3 PLC控制系统的设计

PLC 控制系统设计包括硬件设计和软件设计。

3.1 PLC控制系统的硬件设计

硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节，这关系着PLC控制系统运行的性、性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。

（1） PLC控制系统的输入电路设计。PLC供电电源一般为AC85—240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、1:1隔离变压器等）;隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC 输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。

PLC输入电路电源一般应采用DC 24V, 同时其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，这对系统供电和PLC至关重要，因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行，一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜的熔丝，防止短路。

（2） PLC控制系统的输出电路设计。依据生产工艺要求，各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出，它适应于高频动作，并且响应时间短;如果PLC 系统输出频率为每分钟6 次以下，应继电器输出，采用这种方法，输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。

如果PLC输出带电磁线圈等感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。

当PLC扫描频率为10次／min 以下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器（SSR），再驱动负载。

对于两个重要输出量，不仅在PLC内部互锁，建议在PLC外部也进行硬件上的互锁，以加强PLC系统运行的性、性。

对于常见的AC220V交流开关类负载，例如交流接触器、电磁阀等，应该通过DC24V微小型中间继电器驱动，避免PLC的DO接点直接驱动，尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。

（3） PLC控制系统的抗干扰设计。随着工业自动化技术的日新月异的发展，晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛，这带来了交流电网的污染，也给控制系统带来了许多干扰问题，防干扰是PLC控制系统设计时考虑的问题。一般采用以下几种方式:

隔离:由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成，所以建议采用1:1隔离变压器，并将中性点经电容接地。

屏蔽:一般采用金属外壳屏蔽，将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳接地，能起到良好的静电、磁场屏蔽作用，防止空间辐射干扰。

布线:强电动力线路、弱电信号线分开走线，并且要有一定的间隔;模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。

3.2 PLC 控制系统的软件设计

在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是PLC应用的关键的问题，程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中，良好的软件设计思想是关键，的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。

（1） PLC控制系统的程序设计思想。由于生产过程控制要求的复杂程度不同，可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。

基本程序:既可以作为立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为组合模块结构中的单元程序;依据计算机程序的设计思想，基本程序的结构方式只有三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。

模块化程序:把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块，分别编写和调试，后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想，因为各模块具有相对立性，相互连接关系简单，程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。

（2） PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配，依据生产流水线从前至后，I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址，以利于维护。定时器、计数器要统一编号，不可重复使用同一编号，以确保PLC工作运行的性。

程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位（不是I/O位），也要统一编号，进行分配。

在地址分配完成后，应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。
彼此有关的输出器件，如电机的正/反转等，其输出应连续安排，如Q2.0/Q2.1等。

（3） PLC控制系统编程技巧。PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了，易于编程输入，少占内存，减少扫描时间，这是PLC 编程遵循的原则。下面介绍几点技巧。
PLC各种触点可以多次重复使用，用复杂的程序来减少触点使用次数。

同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引起误动作，在程序中尽量要避免线圈重复使用。如果是双线圈输出，可以采用置位和复位操作（以S7-300为例如SQ4.0或者 RQ4.0）。

如果要使PLC多个输出为固定值 1 （常闭），可以采用字传送指令完成，例如 Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1，可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。

对于非重要设备，可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端，或者通过PLC编程来减少I/O点数，节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止，就可以采用二分频来实现。

模块化编程思想的应用:我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块，正反转点动封装成为一个模块，在PLC程序中我们可以重复调用该模块，不但减少编程量，而且减少内存占用量,有利于大型PLC 程序的编制。

4 PLC控制系统程序的调试

PLC控制系统程序的调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容，良好的调试步骤有利于加速总装调试的过程。

4.1 I/O端子测试

用手动开关暂时代替现场输入信号，以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证，PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常;反之，应检查接线或者是I/O点坏。

我们可以编写一个小程序，在输出电源良好的情况下，检查所有PLC输出端子指示灯是否全亮。PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常。反之，应检查接线或者是I/O点坏。

4.2 系统调试

系统调试应按控制要求将电源、外部电路与输入输出端子连接好，然后装载程序于PLC中，运行PLC进行调试。将PLC与现场设备连接。在正式调试前检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下即可送电。

把PLC控制单元的工作方式设置为“RUN”开始运行。反复调试可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行:

（1） 对每一个现场信号和控制量做单测试;
（2） 检查硬件/修改程序;
（3） 对现场信号和控制量做综合测试;
（4） 带设备调试;
（5） 调试结束。

5 结束语

PLC控制系统的设计是一个步骤有序的系统工程，要想做到熟练自如，需要反复设计和实践。本文是PLC控制系统的设计和实践经验的总结，在实际应用中具有良好的效果。