6ES7222-1HF22-0XA8诚信合作

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l 引言

    一般来说。大功率直流电源装置的系统主要由高压隔离开关、高压断路器、有载调压器、平波电抗器、整流变压器、晶闸管整流装置、控制系统、交流互感器、直流互感器、直流母线开关、综合测量装置及纯水冷却装置或者风机等部分组成．系统构造复杂、体积庞大，维修和维护为不便。因此，实时掌握和了解直流电源系统的工作状况显得为重要。所以，设计大功率直流电源智能监测系统对电源装置进行监测和保护是必要的。
 

2 电解锰电源的监控系统设计

2．1 系统总体设计

    采用西门子公司的S7—200可编程控制器和TD200文本显示器，设计电解金属锰直流电源的监控系统。670 V／26 kA电解锰电源采用三相桥式全控晶闸管整流，非同相逆并联的主电路形式。该电源检测系统采用可编程控制器(PLC)作为控制的器件，将大功率直流电源设备与通讯网络连接，检测和指示故障位置。PLC以其品种多样的扩展模块(如模拟量扩展模块、通信模块)为实现采集、上传数据提供便利。

 该电源检测系统中，PLC、开关量单元、模拟量单元、通信单元和TD200文本显示单元构成了模块的主控单元，还有现场变换与执行单元，用于实现电源设备强电与弱电之间的隔离，把相应的故障或运行参数的信号变换为开关量或隔离后的模拟量信号送入PLC，根据PLC的输出进行报警和执行跳闸等操作，TD200文本显示器用于显示现场电源系统的运行状态，以便于工作人员调试和应用。

2．2 系统控制工作原理

    三相桥式全控整流电源装置的被控对象主要是高压开关断路器、移相触发电路的触发角度、水冷却器的启停，被检测对象主要是水冷却器是否有故障、整流变压器油温是否过高、轻重瓦斯是否标、晶闸管整流器的器件是否失效、桥臂是否过热等。整流电源装置通过控制面板上的合闸按钮将点动信号送入PLC的数字输人点后，通过PLC内部的自保持程序使电源合闸并到位后，PLC将解除对整流装置触发脉冲的封锁，这样可通过给定旋钮调节给定电压的大小，改变触发角度，改变输出电压的大小。高压分闸信号送入PLC后，应该封锁整流装置的触发脉冲，然后延时数秒，再自动分闸。基于PLC的电气控制系统对大功率直流电源系统的控制思路，仍然与继电器一接触器控制系统是一致的，只是在控制手段上采用了的控制设备。

3 PLC控制程序

    程序块选用子程序流程图，它是由故障检测子程序、模拟量采集子程序、显示子程序等几个程序块组成。

4 结语

    基于PLC控制的电解电源系统实现所要求的技术性能，利用TD200文本显示器可以直接显示报警内容，方便现场操作人员的维修与调试。系统已经投入运行，运行状态良好，为操作人员对电解电源操作和实时监控带来大便利，达到了预期的控制要求

1 引言

        近年来，35kV及以级变电站越来越多实现无人值守，而站内低压用电是保证变电站各种电气设备运行维护的基础，因此对变电站低压配电屏进行有效监控就越发显得重要。低压配电屏一次系统结构一般设计为两路进线，通过自动转换开关ATS或者联络开关实现不同电源之间的切换，出线负荷可根据实际需求配备相应的开关。在低压配电屏中加入智能控制系统，不仅可准确掌握相关电量参数、实现自动切换、远程监控等功能，还可丰富产品内涵，大提高产品竞争力。本文主要介绍低压智能控制屏的设计思路及实现方式，通过系统的集成，将PLC、触摸屏、PM表、电压检测模块等智能设备的结合在一起，完成对进出线开关及相关电力参量的有效监控。
 

2 设计要求

        低压智能控制屏的设计要求主要有两部分：(1)电力参数及进出线开关状态采集、就地显示及上传；(2)两路进线电源自动切换。

        电力参数需要采集两路进线的电流、电压、频率、功率因数、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能等参数。进出线开关状态要求实时反映低压配电屏进线、出线开关的状态。设计要求将上述遥测遥信量就地显示于人机界面，并能准确上传至上级监控平台。

       为了确保供电性，变电站低压配电屏设计为两路进线，通过自动转换开关ATS或者母联开关实现两路电源之间的切换。采用ATS的方式时，该设备有0、l、2三种位置状态。当ATS处于0位置时，两路电源皆不投入；当处于l位置时，I路电源投入运行；当处于2位置时，II路电源投入运行。基于ATS的控制特点，要求智能控制系统对ATS有五种控制模式，分别是：停止、固定电源I、自动电源I、固定电源II、自动电源II，

  采用母联开关的方式时，一般采用两进线一母联的“三合二”的控制方式保证供电，实现方式与ATS类似，不再赘述，下面仅以ATS为控制对象加以说明。
 

3 系统分析与设计

3．1 网络结构及硬件分析

    按照上述设计要求，在考虑满足性能的同时，还要兼顾整体价格的平衡，因此系统设备的选型需慎重考虑。智能控制系统不仅要完成自动控制的功能，还要完成与底层设备的现场总线通信功能。因此通过综合考虑，智能控制系统的设备选择了施耐德公司的小型PLC：TWDLCAFAODRF。该设备在本体有24个开关量输入点，16个开关量输出点，还可以通过扩展模块将IO点数大扩展至264点。该设备为强大的是有三个通信口：1个可作为通信用的编程口；1个RS485通信口；1个以太网接口，该PLC具有很强的集成与扩展能力。参阅图l中的系统结构，Twido作为控制单元，通过以太网上联触摸屏以及上级监控平台，通过RS485现场总线下接智能接口设备，还能通过I／O硬接线连接开关的辅助触点，完成输入输出控制。

    电力参数的采集主要使用施耐德公司的PM200，该产品通过对电流电压的测量，计算出各种电力参数，并通过RS485通信口与上位机连接，是一种经济简便的多功能电力测量仪器。进出线开关状态采集使用PLC与CCMl6采集器相结合的方式。与PLC在同一面屏的开关，将其辅助触点接入PLC开关量输入点，与PLC不在同一面屏的开关，在该屏配备开关量采集模块CCMl6，将辅助触点接入CCMl6，然后通过通信口上传至PLC。

人机界面选用闽台威伦通公司的触摸屏MT8104，该产品拥有65536色、TFT LCD；USB打印机接口；3组串口可同时使用3种不同通讯协议；支持100M以太网，是应工业所需研制而成的触控式工业用人机界面。图1中触摸屏通过以太网与Twido相连，实现数据显示、趋势曲线描绘、告警信息汇总、控制命令输入等等人机交互功能。从图l可看出，PLC通过RS485通信口与底层智能设备连接，以现场总线的方式将数据采集到PLC，并通过程序将相关信息存储到内部存储区。就地显示使用触摸屏，实时反映配电屏的运行状态，显示电流电压趋势曲线以及系统相关的告警及运行信息。上级监控平台可以通过以太网接入到本智能监控系统，利用MODBUS TCP／IP通信规约进行信息交换，通信速率可达到100M／S，保证了数据新的实时性与准确性。

3．2 PLC编程实现

    使用与Twido PLC配套的编程软件Twidosoft实现既定的控制逻辑及智能口通信功能。对于ATS控制的关键点在于电源的检测，为此选用Carlo GaVazzi公司的DPB7lCM23型电压检测模块。该模块能够检测输入电压的欠压、过压、缺相、反相等状况，通过辅助触点提供必要的信息，并且在模块面板上有指示灯反映故障信息。

    以自动电源1模式为例说明控制逻辑原理：(1)在远程控制模式下，操作人员通过触摸屏发出控制指令，两路电源都正常，电压检测模块实时检测电源状况， PLC控制ATS先处于1位置； (2)电源I不正常，电压模块发出电压不正常信号，PLC经过延时后，控制ATS断开1位置，回到0位置；(3)经过一定延时后，PLC断开0位置，转到2位置，使用电源II供电； (4)当电源I恢复正常时，电压模块发出电压正常信号，PLC断开2位置，回到0位置； (5)经过延时，PLC控制ATS断开0位置，回到1位置，恢复电源I供电。在自动电源1模式下，如果电源2不正常，ATS保持在1位置不动作。如果两路电源都不正常，PLC控制ATS处于停止状态。

    在本智能控制系统中，PLC有效地对底层智能口进行通信也是非常关键的。Twidosoft软件提供了强大的通信宏功能。通信宏通过简单的配置，好通信口的相关参数如波特率、设备地址、数据存储区等就可以与底层设备进行通信了。该软件大支持总共32个通信宏，即大32个子设备的智能通信。通信宏支持MODBUS以及TCP／IP通信规约。

    实际编程中，由于MODBUS主从应答式的通信机制，需要逐次分步调用通信宏，因此在程序开头应设计一个步进计数器。步进计数器利用系统脉冲信号产生步进脉冲，每个步进脉冲调用一次通信宏，以此来控制每次PLC主站与底层设备子站之间的通信。

    编程实例说通信宏调用的机理。梯形图10行表示步进计数器的l步发生时，使内存点％M1为l，同时将需要采集数据的地址存入通信宏的临时变量％MW23。11行表示在％Ml上升沿时调用通信宏COMMl的读N字指令，具体是读10个字。12行表示在％Ml下降沿时，将宏读到的10个字的数值赋值到从内存点％MWl00开始的10个字。

3．3 人机界面功能设计

    触摸屏与PLC通过以太网进行连接，使用MODBUS TCP／IP通信规约进行信息交换，两者的传输速率可达到100M／S，保证了数据刷新的实时性。人机界面的功能设计包括四部分：系统电力参数及开关状态实时显示；密码管理及开关操作：电流电压趋势曲线图；系统运行状态及告警信息显示。

    电力参数及开关状态实时显示主要包括PM200的三相电流、相电压、线电压、频率、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、有功电能、无功电能、视在电能、ATS位置状态、出线开关位置状态等等。密码管理及开关操作功能设计为需要输入正确密码才能在触摸屏发出控制命令，如控制模式及ATS位置的转换。电流电压趋势曲线图将三相电流、三相电压的趋势曲线反映到人机界面，具有前后翻动显示或者曲线保持的功能。人机界面还有系统运行状态及告警信息汇总显示功能，方便操作人员及时快速掌握系统存在的问题。
 

4 应用情况

    低压智能控制屏采用了的系统结构，对底层智能设备的通信非常稳定，实时反映低压配电屏的运行状态以及电力参数。在自动运行的情况下，智能控制系统能够准确判断电源情况，根据设定好的程序完成电源的自动切换。人机界面简洁友好，便于操作人员掌握系统全部运行情况。目前本低压智能控制屏推出一年多以来，已成功应用在过50个35kV及以上电压等级的大型变电站的站用低压配电系统中，以其稳定准确、功能完善的特点得到了用户的。随着越来越多的大型变电站的兴建或技术改造，本低压智能控制屏也将得到大范围的推广和应用。
 

5 结语

    本文主要介绍了基于PLC技术的低压智能监控屏的设计及应用情况。低压智能监控屏结合现场总线及以太网技术，有效地将各种智能设备集成为具有实时显示、自动控制的监控系统。本智能监控系统与低压配电屏的融合，大地提高了配电屏的技术含量，丰富了产品内涵，提高了配电用电的性和性，且配置简单，，可移植性强，是值得广大配电屏生产厂家大力推广应用的自动化监控系统。

0. 引言

在大型生产线上，为了实现流水线自动化，PLC与RFID技术结合的应用不断增加。PLC作为一种高性的控制装置，与RFID进行数据通信，不但可以实现对每一个生产过程的控制与管理，而且可以提高自动化生产流水线的生产效率。

欧姆龙公司的CPM2A/2C、CQM1H、C200Hα、CP1、CJ1及CS1等系列PLC都可以支持无协议通信功能。利用TXD和RXD等指令，通过串行通信端口，PLC与计算机之间、PLC与PLC之间、PLC与各种通信设备之间（如变频器、条形码读入器和串行打印机等）可以进行数据交换，实现通信[1]。本文选用欧姆龙CP1H型PLC，实现与与欧姆龙的V600系列RFID控制器的无协议通信。PLC作为上位机，RFID控制器作为下位机。

1. 系统结构

上位PLC与下位RFID控制器之间有1:1和1:N两种链接模式，1台PLC （上位机）只能连接32台RFID（下位机），本文介绍1:1链接模式。系统中PLC与RFID控制器之间通过RS-422总线连接。上位机与RFID控制器通信时，使用的SYSWAY通信协议，上位机发送通信指令，RFID控制器接收后，分析来自主机的命令，然后对RFID标签进行读写。通信结束后，RFID 控制器返回一个响应代码到主机。SYSWAY通信协议支持1:1和1:N通信。当主机与RFID控制器是1对1连接时，采用1:1方式通信;当连接主机的RFID控制器过一个时，采用1:N方式通信。在1:N通信模式下，可以通过对RFID控制器设置来实现主机与RFID控制器的1:1通信。

主机CP1H作为上位机，由于PLC与RFID控制器之间选用RS-422方式进行通信，所以CP1H端口1选用插件CP1W-CIF11，为RS-422/485型。RFID（由V600-CA5D02 RFID控制器、V600-H07天线及V600-D23P66N无源标签三部分组成）作为下位机，V600-CA5D02 RFID控制器的机体别带有一个RS-232C与RS-422/485串行通信口，都支持与计算机、PLC等主机设备之间的通信。PLC与RFID控制器的接线如图1所示。

CP1W-CIF11有一组DIP开关，共有8个，SW1表示是否使用终端电阻;SW2、SW3表示通信的连接方式：422或485;SW4为空;SW5、SW6表示通信时有无RS控制。在使用其之前，根据通信的要求对DIP开关进行设定：SW1为ON，使用终端电阻;SW2、SW3为OFF，使用422连接方式;SW5、SW6为任意。

2. 无协议通信及其指令

无协议通信，即不使用重试处理、不经过数据格式的转换处理及具有对应接收的数据进行处理分支等的顺序通信协议。在无协议且无转换的条件下，通过通信端口的输入输出指令（TXD，RXD）发送和接收数据。无协议通信过程十分简单，只需在PLC系统设定中将串行端口的串行通信模式设定为无协议通信。根据无协议通信，PLC就可以与带有RS-232端口或者RS-422/485端口的外部设备，按照TXD和RXD指令进行单方的发送（数据流从PLC到通用外部设备）和接收数据（数据流从通用外部设备到PLC）[2]。无协议通信的实现步骤如图2所示。

使用无协议通信发送和接收消息时，开始代码及结束代码之间的数据用TXD指令来发送，或者是将要插入开始代码及结束代码之间的数据用RXD指令来接收。使用TXD指令发送数据时，应先将数据从I/O存储器读取后发送，使用RXD指令接收数据时，顺序恰恰相反。TXD/RXD一次发送和接收的大数据量为256个字节。无协议通信时，发送和接收的数据的开始代码和结束代码由用户在PLC系统设定中。图3为欧姆龙CP1H型PLC无协议通信的指令结构.

TXD指令根据由S的发送数据开头CH编号，对由N的发送字节长度的数据进行无变换操作。随着PLC系统设定为无顺序模式时的开始代码/结束代码的，由C的位8～11输出到的串行通信选装件版的串行端口（无顺序模式）。但是只能在发送准备标志（串行端口1：A392.13、串行端口2：A392.05）为ON时才能发送。能发送字节数大为259字节（数据部大256字节，包括开始代码、结束代码）。

RXD指令在串行通信选装件板的串行端口（无顺序模式）中，从由D的接收数据保存开头CH编号开始，输出由N的相当于保存字节长度的接收结束数据。当接收结束数据不满由N所的保存字节长度时，输出实际存在的接收结束数据。但是当接收结束标志（串行端口1：A392.14、串行端口2：A392.06）为ON时，执行本指令来接收（来自接收缓冲器的）数据。接收可能字节数大为259字节（数据部大256字节，包括开始代码、结束代码）。

3. RFID控制器及其命令集和协议

V600系列RFID控制器拥有丰富的指令系统，共23条，可以非常灵活的应用于各种场合，其中包括通信命令、一般的通信子命令、主机命令等[3]。通信命令多用于执行与RFID标签的通信，例如，对静止或者是移动的RFID标签进行读写等。通信子命令一般用于取消某个命令的执行，而主机命令则用于主机设备控制 RFID控制器。在上位机与RFID 控制器通信过程中用到多的是通信命令。

 在1:1的通信模式下，通信过程中不计算校验码，因此，只能通过响应代码来判断通信结果的正确性。图4给出了上位机与RFID控制器之间传输数据的格式。从上位机发送到RFID控制器的数据块为命令帧，反过来，从RFID控制器发送到上位机的数据块为响应帧。每个帧以指令代码开始，以结束符结束，响应帧中还包括反应执行的响应码。上位机与RFID 控制器之间可以传送十六进制或ASCII形式的数据，每一帧大允许传送数据为271个字符。

如果传送的数据大于271个字符，可以将数据分成起始帧、若干中间帧、结束帧进行传送。起始帧包含命令码，读/写头号，开始地址等，否则通信的过程中将会有错误发生。上位机每发送完一帧时，在收到RFID 控制器返回的分界符（即“↙”）后再发送下一帧，只有当结束帧数据发送完毕时才返回响应代码。

4. PLC与RFID控制器无协议通信的实现

4.1 CP1H通信端口设置

PLC与RFID控制器之间使用RS-422方式进行通信。根据RFID控制器通信规格要求，使用欧姆龙编程软件CX-Programmer7.1将CP1H串口1模式设置为“RS-232C”，通信波特率设置9600，数据格式为7、2、E，

4.2 RFID控制器参数设置

RFID控制器通信参数设置应与PLC通信端口参数一致：波特率9600，偶校验方式，7位数据位，2位停止位。DIP开关SW6为ON，表示使用终端电阻。

4.3 通信举例

通过PLC与RFID控制器之间的通信，编程实现从RFID标签地址0100H开始的通道内读取四个数据，读取的数据存储到PLC的DM区内。根据通信格式，要发送的数据为RDA1001004＊。将要发送的数据转化为16进制数“5244430342A0D” ，存放到DM0开始的6个通道内。这6个通道对应值分别为：DM0：5244;DM1：4131;DM2：3030;DM3：3130;DM4：3034;DM5：2A0D。

PLC与RFID控制器无协议通信程序如图6所示。A392.13为发送允许标志位，当PLC的串口1准备好时，A392.13自动为ON，发送数据指示100.00变亮，则PLC可以通过此端口发送数据。当0.00为ON时，将DM0开始的6个通道的数据发送出去，RFID控制器接收到指令后做出响应。A392.14为接收允许标志位。串口准备好后，A392.14自动为ON，接收数据指示100.07变亮。PLC开始自动接收RFID控制器返回的响应数据，并自动存储到DM100开始的5个通道内。执行程序后查看从DM100开始的5个通道的内容，分别为：DM100：5244;DM101：3030;DM102：3131;DM103：3131;DM104：2A0D。所以接收的数据为：RD001111＊，根据响应帧数据格式，可知从RFID标签读出的四个数为：1111。

5. 结束语

无协议通信是一种简便易行的通信方式，欧姆龙的CPM2A和CP系列等小型机都可以实现。这种通信方式编程灵活，通信性高，是一种比较理想的通信方式。

1 前言
      
    当车辆驱动电机采用分散驱动时, 受电机转速不同步的影响, 可导致车体运行不协调, 进而使电机转速偏离正常值, 严重时会造成设备损坏。因此,解决车辆驱动电机在分散驱动时产生的电机转速不同步问题具有现实意义。
      
    本文介绍一种利用PLC 解决车辆分散驱动时电机速度同步的实用的控制方法。

2 问题的提出
      
    目前, 车辆的运行设备一般采用集中驱动 和分散驱动 两种方式。集中驱动变频器与电机的关系是“一拖多”; 分散驱动时两者的关系是“一拖一”。

 “一拖多”的优点是控制简单, 操作维护方便,但采用集中驱动布置, 要求车体具备较大的空间。当车辆负载很大或者车体空间受到限制的时候, 通常采用“一拖一”的分散驱动方式, 因为其结构紧凑,布局简单。但一拖一对变频器和电机有较高的要求, 特别是同步问题难以解决。如果电机转速不一致, 会出现变频器相对逆向做功, 输出电流过大导致跳闸, 影响车辆的工作效率和电气设备的使用寿命。如果转速偏差过大, 则导致车体变形, 影响使用。

3 解决方法
      
    采用PLC 与变频器控制方法, 实现多个分散驱动电机同步运行。PLC 采用西门子S7400 系列,

 为实现两台牵引电机的速度同步, 采用两台变频电机牵引, 并分别采用变频器调速进行矢量闭环控制, 用PLC直接控制两台变频器。在控制中, PLC与变频器之间采用Profibus 联接, 保输出信号源的同步性。以牵引电机1 的速度为目标速度, 由牵引电机2 的变频器来调节其速度以跟踪牵引电机1的速度。将两台增量式旋转编码器与电机同轴联接, 使编码器1 和编码器2 分别采集两台电机的速度脉冲信号, 并将该信号送到PLC 的高速计数模块中。PLC 以这两个速度信号数据作为输入控制量,进行比例积分控制运算（ PID） , 运算作为输出信号送至PLC 的模拟量模块, 以控制牵引电机2 的变频器。这样, 就可以保证牵引电机2 的速度跟踪并随着牵引电机1 速度的变化而发生变化。使两个速度保持同步。
      
    取自编码器采集的脉冲信号, 经高速计数模块FM350- 1 进入PLC, 转换成电机速度数据。将两个电机编码器的信号相比较, 通过PID 调节模块, 调整电机转速差值, 给定电机2 的转速值MW1000。
      
    MW1000 需要转化成变频器能接受的信号。由于PLC的对应4～20mA 值为0～27648, 变频器接收范围值为0～8192, 所以MW1000/27648×8192 送到模拟量输出通道, 换算成变频器能接受的电流信号, 以控制牵引电机2 的变频器, PID 算法是工业控制中常用的一种数学算法, 其基本算式如下:
      
Pou （t t） =Kp×（et） +Ki×Σ（et） +Kd×[ （et） - （et- 1） ]
     
式中:Kp—比例调节系数。是按比例反映系统的偏差,系统一旦出现偏差, 比例调节立即产生调节作用, 以减少误差。
      
    Ki—积分调节系数。使系统稳态误差, 提高无差度。积分作用的强弱取决于积分时间,常数Ti 越小, 积分作用就越强。Kd—微分调节系数。微分作用反映系统偏差信号的变化率, 具有预见性, 能预见偏差变化的趋势, 因此能产生前的控制作用, 在偏差还没有形成之前, 已被微分调节作用。为了减少电源系统波动等因素引起的外来干扰,在编制控制算法时, 考虑利用积分环节, 即采用一段时间内连续稳定的输入信号而不是某一瞬时值的输入信号进行PID 运算, 以累积误差, 使转数在一定的范围内可调。这样, 牵引电机1 和牵引电机2 就能很好地进行同步控制且同步精度较高, 从而确保了运行机构的稳定性。

4 控制结果
      
    利用STEP7 编制PLC 上位机监控程序,Wincc采集速度值并绘制曲线。数据提取的时间间隔为15ms。实际上牵引电机1 和牵引电机2 速度是相同的, 但为了反映牵引电机2 的跟踪和波动情况, 在此特地将其分开, 上面是牵引电机1 的速度曲线, 下面是牵引电机2 的速度曲线 。牵引电机1 的速度发生变化时, 牵引电机2 就能及时地响应, 进行跟踪, 并且能很快地达到稳定。实验表明, 采用PLC 和变频器的控制方法, 能达到较高的同步要求, 响应快、速度波动幅度较小。

5 结束语
      
    该控制方法已在各种炉下车辆中应用。实际应用中, 走行同步起动效果明显, 车辆运行平稳。实践证明, 采用PLC 解决车辆分散驱动时电机速度同步的控制方法应用效果较好, 是一种理想的调速控制方法, 满足了生产工艺要求, 减少了设备的维修维护费用, 保了车辆发挥正常的生产效率, 经济效益显著。随着PLC 与变频器控制方法的广泛应用, 必将好地提高传动系统对速度控制的性与灵活性