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西门子S7-200 PLC在直流电源监控器中的应用

1 知道

直流电源设备是电力系统*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安全、稳定、可靠的直流电源。

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。系统主要由高频直流监控器（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核心部分，主要由西门子s7-216cpu配以em-235模拟量模块、中国台湾人机电子mt-510t触摸屏等组成。

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可靠性。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。

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PWM 和运动控制向导设置

为了简化您应用程序中位控功能的使用，STEP 7- Micro/WINART 提供的位控向导可以帮助您在几分钟内全部完成PWM、PTO 的组态。该向导可以生成位控指令，您可以用这些指令在您的应用程序中对速度和位置进行动态控制。

PWM 向导设置根据用户选择的PWM 脉冲个数， 生成相应的PWMx_RUN 子程序框架用于编辑。

运动控制向导zui多提供3 轴脉冲输出的设置，脉冲输出速度从20 Hz 到100 kHz 可调。

运动控制功能特点

提供可组态的测量，输入数据时既可以使用工程单位（如英寸或厘米），也可以使用脉冲数

提供可组态的反冲补偿

支持、相对和手动位控

支持连续操作

提供多达32 组运动动包络，每组包络zui多可设置16 种速度

提供4 种不同的参考点寻找，每种都可对起始的寻找方向和zui终的接近方向进行选择

运动控制的监控

为了帮助用户运动控制方案，STEP 7- Micro/WIN ART 提供运动控制面板。其中的操作、组态和包络组态的设置使用户在的启动和阶段就能监控运动控制功能的操作。

使用运动控制面板可以验证运动控制功能接线是否正确，可以组态数据并每个包络

显示位控操作的当前速度、当前位置和当前方向，以及输入和输出LED（脉冲LED 除外）的状态

查看修改在CPU 模块中存储的位控操作的组态设置

Programming

西门子一级代理商--人性化，编程效率

STEP 7- Micro/WIN ART 是专门为S7-200 ART 的编程，能在WINOOWs XP SP3/WINOOWs 7 上运行，支持LAD、FBD、STL语言。安装文件小于100 MB。在沿用STEP 7- Micro/WIN 编程理念的同时，更多的人性化设计使编程更容易上手，项目更加。

全新菜单设计

摒弃了的下拉式菜单，采用了新颖的带状式菜单设计，所有菜单选项一览无余，形象的图标显示，操作更加方便快捷。

双击菜单即可隐藏，给编程窗口提供更多的可视空间。

项目配置

1、 本例使用的设备描述

2、硬件组态
(1)安装SINAMCIS S120 CBE20的GSD文件
对于PROFIBUS DP 及 PROFINET IO 需要的所有 GSD 文件存在S120的CF卡中，将这些文件拷贝至本地硬盘并解压。
在Step 7的硬件配置中选择 “Options => Install GSD file"

图 2.

GSD V2.0 (gsdml-v2.0-siemens-sinamics-cbe20-yyyymmdd.xml) 可被安装。
GSD文件安装后，设备会出现在硬件组态的如下目录中:
"PROFINET IO => Drives => SINAMICS => GSD => SINAMICS S120 CBE20 from 2.5"。
注意：
? GSD 子文件夹只有在安装DriveES 或 SIMOTION SCOUT后才有效。否则 GSD设备可直接在SINAMICS 文件夹中被找到。
? 如果安装了 DriveES Basic / Simatic 或 SIMOTION SCOUT，则不必安装 GSD 文件。
(2)通过CPU319建立PROFINET IO网络

图 3.

在插入CPU319-3PN/DP时会弹出建立PROFINET IO网络的窗口，在此新建一个PROFINET IO网络并设置此PLC PN节点的IP地址及子网掩码。
(3)将CBE20拖曳至PROFINET总线上(若安装DriveES)

图 10.

注意：S120支持两个周期性通讯接口IF1和IF2，分别通过CU参数P8839.0和P8839.1来定义IF1和IF2的通讯方式，在默认情况下P8839.0= P8839.1=99，就激活了这两个接口的自动模式，如下表所示：

在这种方式下无法实现PROFIBUS DP和PROFINET IO的并行通讯，因此为了实现其并行通讯，需要按如下方式设置：
? P8839[0]=1和P8839[1]=2：PROFIBUS DP 用于同步，PROFINET IO用于周期性通讯
? P8839[0]=2和P8839[1]=1：PROFINET IO用于同步，PROFIBUS DP用于周期性通讯（本例中的设置）

两个周期性通讯接口IF1和IF2的特性如上表所示：
注意：IF2不支持TM41,TM15,TM17,TM/TB,CU与CPU之间的通讯。

五、通过PROFIBUS DP或PROFINET IO总线来实现过程数据的传输
S7-300/400PLC通过PROFINET IO或PROFIBUS DP周期性通讯方式将控制字1(CTW1)和主设定值(NSETP_B)发送至驱动器。
(1) 控制字中Bit0做电机的起、停控制。
(2) 主设定值为速度设定值，参数P2000中的值为频率设定值和实际值的参考频率，100% 对应4000H(十六进制)，发送的高频率(大值)为7FFFH(200%)。
(3) 当组态的报文结构 PZD=2或自由报文999时，在S7-300/400 中可用“MOVE” 指令进行数据传送；当组态的报文结构PZD 〉2，在S7-300/400 中需调用SFC14和SFC15系统功能块。
? SFC14(“DPRD_DAT”)用于读驱动装置的过程数据。
? SFC15(“DPWR_DAT”)用于将过程数据写入驱动装置。
例子(PROFINET IO)：SERVO_02 控制字、主设定值的发送及状态字、实际频率的读取程序见图11。

图11

通过读取Servo_02的参数r2050和P2051可以判断数据是否传输成功。

西门子6SL3210-1SE27-5AA0 
图12

注意通过通讯接口IF1和IF2可以同时实现CPU与Servo_02的数据传输