西门子模块6ES7331-7PF01-0AB0功能介绍

西门子模块6ES7331-7PF01-0AB0功能介绍

1、系统基本原理

电力系统智能装置一般包括是继电保护装置和测量控制装置。继电保护装置主要功能是保护电力系统的一次设备运行,确保电力系统输电系统的运行,而测控装置主要负责电力系统开关的控制和电气量的测量,二者构成完整电力系统二次保护设置。

从电力系统智能装置和外部一次设备的发生联系的主要电气量包括:一次设备的模拟量、一次设备的信号开入和继电保护出口三个主要部分。因此,模拟现场运行环境的电力系统智能装置自动测试系统也具备模拟量输出、开关量输入和开出触点的功能,但不仅于这三部分的功能的,其他还应包括时钟同步等等功能的检测。

目前,电力系统智能装置是属于微机型,其具备完好信息记录功能,具备和其他外部系统良好的信息交换功能。因此电力系统智能装置的自动测试系统应包括四个主要的功能:用于模拟故障模拟量输出模块、提供保护装置开人的开入模块、用于检测保护装置动作接点的开出模块和装置信息的解析模块。电力系统智能自动检测系统的基本原理:通过设备模拟电力系统故障状态模拟量输出,并通过开入模块提供保护装置的开入量,从而满足保护装置保护动作基本条件,通过解析保护装置的信息和检测保护装置的动作出口触点,从而完成保护装置的基本功能的检测任务。

2、系统组成和各模块基本功能

从电力系统智能装置的自动系统原理的出发,一个完整的电力系统智能装置的系统包括:微机继电保护测试仪、保护装置的开入模块、保护装置的触点检测模块和控制计算机模块。自动检测系统它主要由测试控制计算机、微机继电保护测试仪、可编程控制器、被测智能装置构成。

微机继电保护测试仪接受自动测试控制平台发出控制参数及命令类型,向保护装置输出模拟量,完成向保护装置输出模拟量完成保护功能的测试,并及时将测试仪器反馈信息以标准统一格式上报到自动测试控制平台。

可编程控制器根据自动测试控制平台发过来的命令,输出开关量信号,实现保护装置硬压板的控制和保护开关量输出功能,将基于保护装置继电器开出触点输入的采样数据,上送自动测试控制平台,为保护动作触点判断提供连续有效开入量采样数据。

测试控制计算机是整个控制系统的硬件,它通过网络和系统中其他硬件进行信息交互,控制继电保护测试仪向保护装置输出模拟量,接收保护装置信息解析模块上送的保护动作信息并通过其完成对保护装置的控制,控制可编程控制器输出保护测试的开入量命令,检验保护装置继电器开出触点动作。

微机继电保护测试仪选用北京博电PW30AE,可编程控制器选用GE公司的GE-9030,可编程控制器通讯模块使用以太网模块。

3、PLC应用主要问题及解决办法

可编程控制器在本系统的任务是完成智能装置的保护出口继电器触点或者遥控触点的检测和智能装置的遥信开入检测,具体到可编程控制器各模块是开入模块负责出口继电器触点导通和开出模块负责提供开出完成智能装置的遥信的检测功能。同时为了交换信息的需要,可编程控制器配置相对应的通讯模块以满足可编程控制器和上位机信息交换要求。

在本系统设计时,对开入模块的功能有具体的要求,这些要求是和电力系统的智能装置实现的功能是密切相关,如触点类型和触点的导通时间等,因此分析智能装置的保护出口继电器触点和遥控触点检测的具体要求,并以此为要求进行可编程控制的硬件选择和内部逻辑回路的设计,充分满足本系统对触点检测的特殊要求。可编程控制器的开出模块逻辑回路的设计也满足本系统的特殊需要。

3.1继电器出口触点特殊要求

可编程控制器开入模块负责继电保护出口继电器辅助触点的通断情况,并将开入模块数据上送到控制计算机,并作为控制计算机自动检测成功标准之一。

因此可编程控制器开入模块检测功能的强弱决定本系统的性和稳定性。

继电保护装置的出口继电器触点包括四类:保持型常开接点、保持型常闭节点、瞬动型常开接点和瞬动型常闭节点。对于保持型出口触点的来说,可编程控制器的开入是满足自动检测的需要。而对于瞬动型触点的检测,可编程控制器开入模块检测功能是否满足要求取决于PLC本身扫描周期T1和瞬动接通的时间T2两者的关系。考虑到可编程控制器由于扫描方式引起开入延时长可能达两个扫描周期,如果保护装置的瞬动触点的接通时间T2大于两倍的扫描周期T1,该触点的状态变化就可以被PLC开入模块所检测到。

瞬动触点的接通时间取决两个因素,一是装置软件内部对瞬动继电器出口延时整定的时间,目前各厂家提供的技术参数来看,装置软件触点延时的时间一般设置为50-100毫秒,二是出口继电器本身动作时间和断开时间参数也会影响瞬动触点的接通时间。设瞬动型触点的接通时间为100毫秒,要求可编程控制器的扫描周期的时间小于50毫秒,才能保证可编程控制器的开入模块的检测功能的有效性。

可编程控制器的扫描周期和可编程控制器的硬件参数和用户的程序的大小有密切的关系。因此只要通过硬件配置和相关技术手册提供的技术参数并结合用户的PLC程序指令类型和各指令类型数目计算出可编程控制器扫描周期,选择合适可编程控制器模块,保证可编程控制器扫描周期小于50毫秒,保护装置的瞬动型触点检测就可以在可编程控制器开入模块来完成。

3.2上位机数据采样特殊要求的实现

在小节中,讨论了可编程控制器满足检测保护装置的四类节点的检测的基本条件。但条件的符合,只能保证PLC开入模块能够检测保护装置动作触点状态的变化情况。在自动测试系统设计中,可编程控制器的开入模块仅仅采集触点状态,而完成触点状态检测标准判断是在控制计算机中完成,如何保证上位机能够得到完整、连续的基于采样周期为50毫秒可编程控制器开入模块采样数据是本系统要解决的关键问题。

电力系统智能装置自动测试系统检测的对象是继电保护设备中出口继电器动作情况,由于继电保护设备的动作的快速性,部分保护动作时间实现小于50ms,因此部分出口继电器触点状态在较短的时间会出现反转,根据系统设计要求,要求上位机能将保护动作前和保护动作后出口继电器接点动作情况进行检测处理,并将动作前后出口继电器接点状态作为该系统中继电器接点检测判断依据。因此,要通过上位机和可编程控制器通讯数据交换,实现采样时间间隔不大于50ms可编程控制器开入采样数据上送到上位机的目标。

目前,上位机获得可编程控制器的开入采样数据是通过通讯交换信息得到,而提高上位机和PLC数据信息交换效率是解决数据采样的实时性的措施之一,但仅仅依靠提高上位机和PLC数据交换速度是无法到达采样数据周期50ms指标要求,即使上位机使用以太网介质能达到此要求,也会占用上位机比较多资源。同时由于可编程控制器扫描工作方式的特点,通讯模块频繁和上位机数据交换会影响可编程控制器其他模块功能执行,如影响可编程控制器扫描周期。

对于可编程控制器来说,在其内部实现50ms采样周期的数据采样是可以的实现的,充分利用可编程控制器中数据转存和逻辑控制功能,将每50ms一次采样数据寄存到连续但不相同数据缓冲区。通过采样周期时间的整定,结合上位机和可编程控制器通讯协议的大数据长度,上位机只需要在给定的时间内进行一次读取多次采样数据即可。上位机读取采样数据后,根据PLC采样数据转存的原则和逻辑,将已接收到采样数据进行采样时序的还原即可。

3.3可编程控制器顺序开出的实现

可编程控制器开出模块顺序开出主要是满足电力系统测控装置的遥信检测要求,设计具体要求为:①上位机下发一次命令,启动顺序开出,PLC接受命令启动顺序开出逻辑回路,由可编程控制器本身完成开出模块开出接点顺序开出。②在顺序开出过程不允许同时出现两个开出同时接点接通状态。③顺序开出执行一次完毕即可停止开出。

设计基本思路:在启动命令后,启动维持一个扫描周期时间的定时T1脉冲信号回路,同时启动另一个计时器T2(T2设计维持一个扫描周期时间的定时脉冲信号,定时的时间参数为两个开出之间的时间。一个周期定时脉冲梯形图如图1所示。通过修改定时器类型和计时器参数,确保M100能够在T1的时间后产生一个能够维持一个扫描周期间的脉冲信号,是一个通用的标准的定时脉冲信号程序。M103为定时脉冲到来后宽度为T2脉冲。

在定时脉冲到来时,通过数据比较程序,由计数器R500当前值和特殊值比较进行逻辑判断,决定是否接通中间继电器,再由该中间继电器决定控制特定的开出,并在自保持回路中串联一个M103中间继电器触点状态,以控制开出维持的时间。

执行一次开出后,执行计时器计数和复位程序,本文中使用M00400-M00404分别控制1个到5个开出的执行,每次执行开出后均进行计数器自加一,并通过计数器逻辑回路进行计数器复位。计数器复位后立刻复位启动线圈,结束本次顺序开出控制任务执行。

通过以上控制逻辑的设计,实现启动顺序开出功能的实现,并实现系统要求一次启动,按照循序开出不重叠。

通过此逻辑的实现,可以简化上位机在进行遥信检测的控制逻辑,充分利用可编程控制器开入开出二次编程功能,在不影响可编程控制器性能指标上,减少上位机和可编程控制器的控制命令的交换,提高上位机遥信的检测效率。

4、结束语

在本系统设计中,充分利用可编程控制器模块化的组合特点以及其有开入开出二次逻辑编程的优点,保证系统设计功能的实现的同时,减少系统主控制平台的在开入和开出功能资源开销,并带来系统稳定性和性。可编程控制器有可编程的特点为其在工业领域的应用奠定坚实的基础,随着计算机技术的进一步的发展,特别可编程控制器的模块CPU运算的速度得到提高,通过提高指令的执行速度和扩展其计算功能,可编程控制器在工业控制领域的应用会越来越广泛。 

  设计PLC应用系统时，是进行PLC应用系统的功能设计，即根据被控对象的功能和工艺要求，明确系统要做的工作和因此的条件。然后是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。后根据系统分析的结果，具体的确定PLC的机型和系统的具体配置。

PLC控制系统设计可以按以下步骤进行。

1．熟悉被控对象，控制方案 分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，确定被控对象对 PLC控制系统的控制要求。

2．确定I／O设备 根据系统的控制要求，确定用户所需的输入(如按钮、行程开关、选择开关等)和输出设备(如接触器、电磁阀、信号指示灯等)由此确定PLC的I／O点数。

3．选择PLC 选择时主要包括PLC机型、容量、I／O模块、电源的选择。

4．分配PLC的I／O地址 根据生产设备现场需要，确定控制按钮，选择开关、接触器、电磁阀、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、规格、数量；根据所选的PLC的型号列出输入／输出设备与PLC输入输出端子的对照表，以便绘制PLC外部I／O接线图和编制程序。

5．设计软件及硬件进行PLC程序设计，进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。由于程序与硬件设计可同时进行，因此，PLC控制系统的设计周期可大大缩短，而对于继电器系统先设计出全部的电气控制线路后才能进行施工设计。

6．联机调试 联机调试是指将模拟调试通过的程序进行在线统调。开始时，先不带上输出设备（接触器线圈、信号指示灯等负载）进行调试。利用编程器的监控功能，采分段调试的方法进行。各部分都调试正常后，再带上实际负载运行。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部分程序即可，全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改则应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。

7．整理技术文件 包括设计说明书、电气安装图、电气元件明细表及使用说明书等。

   随着社会的进步和技术的提高，工业从传统自动化生产走向智能化方向。受此影响，PLC系统正逐渐走向完善。

 

物联网技术目前正逐渐融入到各行各业，从原物料的探勘、生产、物流到送达工厂的整个过程，所有的货物及装备都埋有电子标签，让不同的装置可以互相沟通，人和物品以及物品之间都能够彼此进行交流，成为网路的一部分，包括原物料的采购、库存、销售等领域，都可透过完善优化的供应链管理体系，进而提率，降。此外，德国提出的工业4.0概念终目标也是完成工业智能化升级。这一系列智能化动作，都在拉动自动化装备市场增长。

 

工业智能化助力PLC步入发展新阶段

 

目前，PLC的发展推动力主要依靠由中国、巴西、印度及亚太等新兴工业市场需求推动，预计这两大市场的增长率将持续平均水平。除了日本，中、韩、台三地也已成为机械产业的重要组成部分。如预期一样，这些市场正向着自动化方向不断转型，2014年发展加精密复杂的机械产业以适应出口需求。

 

用户对PLC的性价比会越来越高，在同等价位下，希望PLC能够集成多功能，如多轴插补功能等，甚至把原来不带有运动控制模块的PLC转化成带有运动模块，这些都是PLC厂商面对这场危机时所需要考虑的，在人人捂紧钱包的时候，只有高性价比的产品才能在这场危机中胜出，而对于运动控制器/卡，开放性将是其发展趋势，不再借助相关平台即能实现运动控制功能。

 

随着工业智能化发展，PLC系统正不断地完善其性能和网络，但在将来仍需集成能源管理、数据分析及其他功能的一体化系统而不断努力。

 长期以来，工业控制一直是PLC的主要应用领域，随着技术发展，PLC开始应用在生活领域的各个方面，下面就一起看看PLC今年来新兴的应用领域吧！

 

(1)近年来，和利时矿用PLC产品的不断推陈出新，以其性、等优势得到了用户的广泛认可。和利时矿用PLC产品大量应用于低压馈电开关、高压配电装置、组合开关、负荷等产品，正逐步替代单片机保护器和普通PLC类产品，装备和利时矿用PLC开始成为一些矿用设备公司产品的卖点和优势。

 

(2)利用PLC来开发新型的集热式太阳能热水器，可以克服传统的太阳能热水器存在受气候影响大、水温不稳定等缺陷，还可以对多个用户集中供水。采用西门子S7-200系列PLC进行控制操作，配合相应的温度、液位和流量传感器及PLC的模拟量输入扩展实现对集热式太阳能热水器中水温、水位和流量的控制。同时，PLC与西门子文本显示器TD400集成，实现人机交互界面，对集热式热水器内部的水温和水位进行实时在线显示和设置。

 

(3)随着科技的发展和社会的进步，自动门在日常生活中也得到了广泛的应用。过去的自动门系统一般采用逻辑控制模块控制，因故障率高、性低、维修不方便等原因而逐步被淘汰。在自动门控制系统中选用三菱PLC作为控制器，以一个发射的声开关和一个接收的光电开关作为此系统的输入设备，两套不同的传感器输入控制信号给PLC，利用PLC对系统的编码表、I/O分配表和自动门的动作过程等实施控制，从而实现控制门的开放或关闭(上升或下降)。

 

其他还有很多新应用领域如：物联网，**，新能源发电，智能楼宇电量采集，医疗系统配电电源等，就不一一列举了。

并条机系统概述

 

棉条在变成粗纱、细纱的过程中，被成百倍的牵伸，其很短范围内的重不匀将影响很长范围内纱的质量。粗纱前的梳棉和并条过程是改善棉条重不匀，进而成纱质量的关键工序。并条工序处在改善棉条重不匀的后环节，其自调匀整控制的效果将直接影响成纱质量。对并条机的自调匀整而言，主牵伸电机、辅助牵伸电机和条筒电机都需要进行控制，自调匀整的效果主要取决于主牵伸电机和辅助牵伸电机之间速比的合理调节。条筒电机需要按照一定的速度与主牵伸电机和辅助牵伸电机同步启动和停止，条筒电机带动条筒的转动，以保棉条均匀缠绕在条筒中，其速度控制精度对棉条的质量没有大的影响，因此，主牵伸电机和辅助牵伸电机的快速和控制应该为研究的。

 

邦纳PLC和HMI概述

 

美国邦纳是的传感检测和自动化技术。公司BSP01系列PLC、THM系列人机界面特别适合在纺织机械领域使用。

 

BSP01系列可编程逻辑控制器结构紧凑，性能，功能丰富，通讯强大.A系列是控制器，具有高的运算速度，大的程序容量，多的应用指令，及高的脉冲输出和高速计数功能。PLC多可以扩充3个通讯端口，并具有Computerbbbb，Databbbb和远距离输入输出功能三种特殊的网络通讯功能。THM人机界面性能，外观精美，产品系列齐全。除了具有监视、操作、储存数据的基本功能外，还支持与大多数的控制器、PLC、变频器等设备的通讯。在工厂自动化和过程自动化的各个领域都有广泛的应用。

 

自调匀整控制系统结构

 

在高速并条机的自调匀整控制中，从棉条被检测到相应的点到达变速点，中间有一个延时过程。该延时过程的控制是决定开环自调匀整控制效果的一个关键因素。这个延时相比于自调匀整的控制周期很大，所以该系统是一个典型的纯滞后大节。该延时与系统速度有关，但是系统的模型未知，所以难以采用史密斯预估延时法。如果采用传统的定时查询法，CPU的大量时间耗费在查询上，系统运行效率低、精度不高而且自调匀整所能控制的片断的长度也降不下来。可以利用硬件在等位移条件下触发中断以实现与速度无关的延时，大大提高CPU效率，并能实现并条机全程自调匀整控制。

 

并条机自调匀整硬件结构如图4所示，控制系统是主从式控制结构，工控机为主，PLC为辅。主要的控制功能：棉条的自调匀整在工控机中实现，PLC主要实现系统的逻辑控制，如自动换筒等，使工控机控制程序得以简化，提高了系统的性。通用工控机、邦纳BSP01系列PLC、两个伺服驱动器及1变频器之间通过通讯进行控制；触摸屏和PLC之间通过串口通讯，棉条的厚度由三个压力传感器测量，并通过工业控制计算机中的数据卡进行采集，进行自调匀整控制。

控制要点

 

并条机自调匀整的控制方式可分为开环、闭环和混合环三种形式。开环系统属针对性匀整，适合短片段不匀，闭环系统适合长片段不匀，混合环系统能兼长短片段不匀，但机构复杂，制造精度要求很高。并条工序对控制成纱重量不匀和重量偏差指标有非常重要的把关作用，对匀整的针对性具有较高的要求。

 

并条机的检测结构如图5所示，R1,R2,和R3分别代表前罗拉（由主牵伸电机带动）、后罗拉（由辅牵伸电机带动）和给棉罗拉（通过传动机构：皮带轮与R2保持恒定的速度比）。S1,S2,和S3是三个棉条厚度传感器，S3用于开环控制，S2用于闭环控制，S1用于波谱分析，B是喇叭口。主要通过合理调节R1与R2的速度比来达到自调匀整目的。为了改善棉条的不匀度，便于速度的调控，这里保持R1的速度不变，通过调节R2的速度实现自调匀整。因为是采用模拟量控制牵伸电机，所以，改变输出到R2的电压大小，就能调节R2的速度达到自调匀整的目的。

 

棉条的质量取决于两点：一是主、辅牵伸电机以及条筒电机三者的同步性，另一点即是三者之间合理的速度比。三者之间的合理的速度比通过后述的控制策略获得。而三者的同步性依赖于硬件的快速响应和软件的合理性，硬件的特点在已述。

 

对于并条机而言，开环控制可以死区，但是对来自牵伸系统干扰的影响无能为力，系统的稳定性较弱；闭环控制可以抑制干扰的影响，系统有着较强的鲁棒性，但不能死区。

 

并条机的控制过程是一个非线性，动态变化的过程，受到外部干扰(牵伸波，噪声等)，很难建立统一的数学、物理模型。因此，为了死区，降低干扰的影响，提高系统稳定性，本文采用短开环和长闭环的混合控制模式，如图6所示。

 

开环的目的是避免死区并获得控制基本量uo，闭环的目的是抑制干扰，得到控制校正量△uc修正控制基本量uo。因此开环控制器和闭环控制器是并条机控制系统的。

工艺配置分析

 

1．合理选择总牵伸倍数：并条机的牵伸范围较大，为5～15倍，在实际生产中，应根据实际工艺条件和质量要求，合理选择总牵伸倍数。因为喂入须条在牵伸过程中产生附加不匀的纤维的移距偏差会随着牵伸倍数的增大而增加，而移距偏差的增加势必会影响牵伸质量，因此，在实际生产中总牵伸倍数的选配不宜太大，一般而言，6根并合时在7倍以下，8根并合时在10倍以下较为适宜，否则，将不利于改善棉条条干水平。

 

2．棉条定量的设定：尽管牵伸机构设置较为合理，对棉条定量的适应性较大，但配置的定量也不能太大，以避免因棉条定量过大导致须条间产生分层现象，影响棉条质量。

 

3．合理选择主牵伸区罗拉隔距：通常采用摇架弹簧加压形式。在保证加压充分的前提下，为了大限度地减小较短纤维的浮游动程，改善主牵伸区的牵伸质量，提高棉条条干水平，主牵伸区罗拉隔距以偏小掌握为宜。纺制长度整齐度较好的纤维时，主牵伸区罗拉隔距可适当放大。

 

4．合理配置后区罗拉隔距和后区牵伸倍数：后区牵伸的主要作用是使喂入的条子略带张力，使纤维伸直，使须条具有一定的紧密度进入中区，再由中区进入主牵伸区后能够稳定牵伸，提高牵伸质量。后区牵伸倍数和后区罗拉隔距对棉条条干的影响较为明显，可结合加压压力、纤维性能及纺制品种等进行优选配置。

 

5．选好压力棒位置：压力棒位置由二胶辊的前冲量和后移量来确定。在实际配置工艺时，可根据生产条件，对压力棒位置进行优选。

 

6．合理确定托棉板入口大小：托棉板入口的大小要根据条子的定量和喂入根数确定，一般情况，8根并合时为12～16mm，6根并合时为9～13mm，也可根据实际情况随时调整，以保证喂入条子既不发生重叠又不过于分散为原则。

 

总结：

 

作为自动化行业的者，美国邦纳将利用几十年产品研发与应用经验，结合邦纳传统的优势产品：光电传感器系列、工业智能指示灯系列等等，与邦纳PLC控制器及HMI人机界集成，配合这些检测、信号传输等产品，为用户提供简易完整、强大稳定、、灵活开放的解决方案，广泛应用在水处理、冶金、石油气、煤矿，水泥、印包、钢铁、电子、汽车、地铁、纺机等要求苛刻的现场环境中，为广大机器制造商和终用户提供完整、简易，开放，集成和灵活的自动化解决方案。

 现代工业正在新型技术支撑下，从传统自动化生产走向智能化方向，在此过程中，还将拉动自动化装备市场增长，其中PLC作为控制组成之一，产业市场正在扩大。

 

物联网技术目前正逐渐融入到各行各业，从原物料的探勘、生产、物流到送达工厂的整个过程，所有的货物及装备都埋有电子标签，让不同的装置可以互相沟通，人和物品以及物品之间都能够彼此进行交流，成为网路的一部分，包括原物料的采购、库存、销售等领域，都可透过完善优化的供应链管理体系，进而提率，降。此外，德国提出的工业4.0概念终目标也是完成工业智能化升级。这一系列智能化动作，都在拉动自动化装备市场增长。

 

PLC受益工业智能化步入发展新阶段

 

目前，PLC的发展推动力主要依靠由中国、巴西、印度及亚太等新兴工业市场需求推动，预计这两大市场的增长率将持续平均水平。除了日本，中、韩、台三地也已成为机械产业的重要组成部分。如预期一样，这些市场正向着自动化方向不断转型，2014年发展加精密复杂的机械产业以适应出口需求。

 

用户对PLC的性价比会越来越高，在同等价位下，希望PLC能够集成多功能，如多轴插补功能等，甚至把原来不带有运动控制模块的PLC转化成带有运动模块，这些都是PLC厂商面对这场危机时所需要考虑的，在人人捂紧钱包的时候，只有高性价比的产品才能在这场危机中胜出，而对于运动控制器/卡，开放性将是其发展趋势，不再借助相关平台即能实现运动控制功能。

 

随着工业智能化发展，PLC系统正不断地完善其性能和网络，但在将来仍需集成能源管理、数据分析及其他功能的一体化系统而不断努力。

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