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西門子S7-200 PLC在直流電源監控器中的應用

1 知道

直流電源設備是電力系統*的輔機設備。供給斷路器分合閘用電，后備電池充電以及二次回路的儀器儀表等低壓設備用電都采用直流電源。目前國內發電廠及變電站使用的直流電源設備已廣泛采用高頻整流模塊為功率單元，為了對整個直流系統進行合理的實時監控、管理，本文設計了一種基于西門子s7-200plc［1］的高頻直流監控器。其功能主要是實時采集直流系統的電壓、電流及供電支路的開關狀態等運行參數，并對數據進行分析處理，判斷直流系統的運行工況，并根據pid控制理論進行實時運行控制和故障處理，并對蓄電池進行在線監測，為電力綜合自動化控制系統提供安全、穩定、可靠的直流電源。

2 系統硬件組成及工作原理

系統硬件組成原理框圖如圖1所示。系統主要由高頻直流監控器（以下簡稱監控器）、模擬量采樣板、高頻整流模塊等組成。其中監控器是整個系統的核心部分，主要由西門子s7-216cpu配以em-235模擬量模塊、中國臺灣人機電子mt-510t觸摸屏等組成。

3 程序設計

3.1 程序流程圖設計

plc終端軟件采用stl語言編寫，程序設計采用模塊化，功能化結構，便于維護、擴展。為提高終端的抗干擾能力，軟件控制中采用了數字濾波、故障自檢、控制口令等措施，保證控制操作的正確性和可靠性。裝置plc主要程序流程如圖2所示，主要由初始化程序、數據采集處理子程序、時鐘處理子程序、充電轉換子程序、故障報警及保護子程序、交流中斷子程序、pid調節計算子程序、硅鏈投切控制子程序等組成。

、

主程序始終處于循環運行狀態，其中初始化程序主要完成系統的初始化，設定各寄存器、計數器、plc工作模式、定時器中斷、通訊方式等參數初始值等。然后不斷調用模擬量采集及處理子程序對系統數據進行實時采集；調用充電程序運行方式子程序決定監控器的運行方式；調用故障報警及保護子程序判斷故障報警及保護繼電器輸出；調用時鐘處理子程序對蓄電池充電程序各種運行時間累計；調用交流電中斷子程序保證系統在交流中斷后自動恢復；調用硅鏈投切子程序根據系統設置的控母電壓定值對硅鏈進行自動投切控制；調用通訊子程序（中斷方式）實現與上位機監控系統及其它智能設備通訊。

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PWM 和運動控制向導設置

為了簡化您應用程序中位控功能的使用，STEP 7- Micro/WINART 提供的位控向導可以幫助您在幾分鐘內全部完成PWM、PTO 的組態。該向導可以生成位控指令，您可以用這些指令在您的應用程序中對速度和位置進行動態控制。

PWM 向導設置根據用戶選擇的PWM 脈沖個數， 生成相應的PWMx_RUN 子程序框架用于編輯。

運動控制向導zui多提供3 軸脈沖輸出的設置，脈沖輸出速度從20 Hz 到100 kHz 可調。

運動控制功能特點

提供可組態的測量，輸入數據時既可以使用工程單位（如英寸或厘米），也可以使用脈沖數

提供可組態的反沖補償

支持、相對和手動位控

支持連續操作

提供多達32 組運動動包絡，每組包絡zui多可設置16 種速度

提供4 種不同的參考點尋找，每種都可對起始的尋找方向和zui終的接近方向進行選擇

運動控制的監控

為了幫助用戶運動控制方案，STEP 7- Micro/WIN ART 提供運動控制面板。其中的操作、組態和包絡組態的設置使用戶在的啟動和階段就能監控運動控制功能的操作。

使用運動控制面板可以驗證運動控制功能接線是否正確，可以組態數據并每個包絡

顯示位控操作的當前速度、當前位置和當前方向，以及輸入和輸出LED（脈沖LED 除外）的狀態

查看修改在CPU 模塊中存儲的位控操作的組態設置

Programming

西門子一級代理商--人性化，編程效率

STEP 7- Micro/WIN ART 是專門為S7-200 ART 的編程，能在WINOOWs XP SP3/WINOOWs 7 上運行，支持LAD、FBD、STL語言。安裝文件小于100 MB。在沿用STEP 7- Micro/WIN 編程理念的同時，更多的人性化設計使編程更容易上手，項目更加。

全新菜單設計

摒棄了的下拉式菜單，采用了新穎的帶狀式菜單設計，所有菜單選項一覽無余，形象的圖標顯示，操作更加方便快捷。

雙擊菜單即可隱藏，給編程窗口提供更多的可視空間。

項目配置

1、 本例使用的設備描述

2、硬件組態
(1)安裝SINAMCIS S120 CBE20的GSD文件
對于PROFIBUS DP 及 PROFINET IO 需要的所有 GSD 文件存在S120的CF卡中，將這些文件拷貝至本地硬盤并解壓。
在Step 7的硬件配置中選擇 “Options => Install GSD file"

圖 2.

GSD V2.0 (gsdml-v2.0-siemens-sinamics-cbe20-yyyymmdd.xml) 可被安裝。
GSD文件安裝后，設備會出現在硬件組態的如下目錄中:
"PROFINET IO => Drives => SINAMICS => GSD => SINAMICS S120 CBE20 from 2.5"。
注意：
? GSD 子文件夾只有在安裝DriveES 或 SIMOTION SCOUT后才有效。否則 GSD設備可直接在SINAMICS 文件夾中被找到。
? 如果安裝了 DriveES Basic / Simatic 或 SIMOTION SCOUT，則不必安裝 GSD 文件。
(2)通過CPU319建立PROFINET IO網絡

圖 3.

在插入CPU319-3PN/DP時會彈出建立PROFINET IO網絡的窗口，在此新建一個PROFINET IO網絡并設置此PLC PN節點的IP地址及子網掩碼。
(3)將CBE20拖曳至PROFINET總線上(若安裝DriveES)

圖 10.

注意：S120支持兩個周期性通訊接口IF1和IF2，分別通過CU參數P8839.0和P8839.1來定義IF1和IF2的通訊方式，在默認情況下P8839.0= P8839.1=99，就激活了這兩個接口的自動模式，如下表所示：

在這種方式下無法實現PROFIBUS DP和PROFINET IO的并行通訊，因此為了實現其并行通訊，需要按如下方式設置：
? P8839[0]=1和P8839[1]=2：PROFIBUS DP 用于同步，PROFINET IO用于周期性通訊
? P8839[0]=2和P8839[1]=1：PROFINET IO用于同步，PROFIBUS DP用于周期性通訊（本例中的設置）

兩個周期性通訊接口IF1和IF2的特性如上表所示：
注意：IF2不支持TM41,TM15,TM17,TM/TB,CU與CPU之間的通訊。

五、通過PROFIBUS DP或PROFINET IO總線來實現過程數據的傳輸
S7-300/400PLC通過PROFINET IO或PROFIBUS DP周期性通訊方式將控制字1(CTW1)和主設定值(NSETP_B)發送至驅動器。
(1) 控制字中Bit0做電機的起、停控制。
(2) 主設定值為速度設定值，參數P2000中的值為頻率設定值和實際值的參考頻率，100% 對應4000H(十六進制)，發送的高頻率(大值)為7FFFH(200%)。
(3) 當組態的報文結構 PZD=2或自由報文999時，在S7-300/400 中可用“MOVE” 指令進行數據傳送；當組態的報文結構PZD 〉2，在S7-300/400 中需調用SFC14和SFC15系統功能塊。
? SFC14(“DPRD_DAT”)用于讀驅動裝置的過程數據。
? SFC15(“DPWR_DAT”)用于將過程數據寫入驅動裝置。
例子(PROFINET IO)：SERVO_02 控制字、主設定值的發送及狀態字、實際頻率的讀取程序見圖11。

圖11

通過讀取Servo_02的參數r2050和P2051可以判斷數據是否傳輸成功。

西門子6SL3210-1SE27-5AA0 
圖12

注意通過通訊接口IF1和IF2可以同時實現CPU與Servo_02的數據傳輸