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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。

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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。

3.2 主要子程序原理

??（1）充電轉換子程序：通過判斷標志字v152的值來決定監控器的運行方式。當標志字為0時調用浮充電子程序；當標志字為1時調用恒流充電子程序；當標志字為2時調用均充電子程序。各充電子程序之間通過程序內部自動進行轉換。系統初次上電后用0.1c10a給定恒流充電，電壓達到整定值（2.30-2.40）v×n（n為單體電池節數）時，自動轉為恒壓均充電；當充電電流逐漸減小，達到0.01c10a時，plc開始計時，均充計時達3小時后，自動轉為浮充電狀態運行，充電電壓為（2.23-2.28）v×n。正常運行浮充狀態下每隔720小時，自動轉入恒流充電狀態運行，按閥控式密封鉛酸蓄電池正常充電程序進行充電。

（2）交流電中斷子程序：當電網事故停電，這時充電裝置停止工作，蓄電池通過降壓模塊，無間斷地向二次控制母線送電，同時監控器發出告警信號。交流電源中斷超過0.5小時以上，恢復送電運行時，plc控制充電裝置自動進入恒流充電狀態運行，按閥控式密封鉛酸蓄電池正常充電程序進行充電。

（3）通訊子程序：接受命令采用中斷處理，通過atch指令使中斷事件8在接受不同特征命令下執行不同的程序。對串行通訊的超時限制則通過內部定時中斷來控制，其事件號為10，定時時間由smb34來確定。為減少通訊的誤碼，采用crc16校驗措施［4］。

4 裝置功能特點

檢測高頻整流模塊的輸出電流和故障狀態：當模塊有故障時，監控器發出聲光報警信號，并重新均分整流模塊負載；可本地或遠端控制整流模塊的開/關機、自動控制電池充電均浮充轉換；可本地或遠端連續設置整流模塊的輸出電壓；監測各直流饋電輸出的電壓、電流，各饋電輸出開關狀態、熔斷器狀態、絕緣狀態，當發生異常情況時發出聲光報警；監測電池電壓及充放電電流：當市電中斷由蓄電池維持向負載供電時，如果電池電壓降至低壓告警值，監控模塊發出聲光報警；當市電恢復后監控系統可對電池進行自動均衡充電管理；提供硅鏈控制口，可支持5級、7級硅鏈自動控制；支持母線分段支路絕緣監測，絕緣阻值過低報警；采用原電力部頒標準通訊協議，rs232或rs485串行通訊接口，可方便的與電力自動化系統對接，實現電源系統的“遙信，遙測，遙控，遙調"四遙功能；監控器對重要故障信息提供繼電器輸出，故障內容可按用戶需要自行設定；當監控器檢測到輸出過壓、過流等保護信號時，保護繼電器動作，跳高頻模塊交流輸入空開，從而保護高頻整流模塊。

• 西門子智能邏輯控制模塊 LOGO主機模塊

  LOGO! 集成有：

• 控制功能

• 帶背景光的操作和顯示面板

• 電源

• 用于擴展模塊的接口

• 用于程序模塊（插卡）的接口和PC電纜

• 預組態的標準功能，例如接通斷開延時繼電器、脈沖繼電器和軟鍵

• 定時器

• 數字量和模擬量標志

• 數字量模擬量輸入和輸出，取決于設備的類型

• LOGO! 能為您做什么？

  可在家庭和安裝工程中使用（例如用于樓梯照明、室外照明、遮陽蓬、百葉窗、商店櫥窗照明等），亦可在開關柜和機電設備中使用（例如門控制系統、空調系統、或雨水泵等）。LOGO! 還能用于暖房或溫室等控制系統，用于控制操作信號，以及通過連接一個通訊模塊（例如AS-i）用于機器或過程的分布式就地控制。
  還提供有無操作面板和顯示單元的特殊型號，可用于小型機械設備、電氣裝置、控制柜以及安裝工程等一系列應用。

  可提供什么設備?

  LOGO! 基本型有2 個電壓等級

• 等級1 ≤ 24 V：例如12V DC，24V DC，24V AC

• 等級2 > 24 V：例如115V...240 V AC/DC

• 型式有：

• 帶顯示：8個輸入和4個輸出

• 無顯示（“LOGO! Pure"）：8個輸入和4個輸出

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  每種型式，均集成在4 個子單元內（SU），并裝備有一個擴展接口和提供37 個預組態的標準和特殊功能，以用于建立線路的程序。

  LOGO！提供哪些通訊模塊？

• LOGO! 通訊模塊（CM）AS-i ，在一單獨的文檔中對該模塊有更為詳細的描述。此通訊模塊有4個虛擬輸入和輸出，其作用相當于AS-i 接口系統和LOGO！系統之間的一個接口，AS-i 接口模塊使4個數據位從LOGO！基本型傳送到AS-i 接口系統，反之亦然。

• LOGO！通訊模塊（CM）EIB/KNX，在一個單獨的文檔中對該模塊有更為詳細的描述。CM EIB/KNX是一個將LOGO！模塊連接到EIB總線的通訊模塊，它實現作為邏輯模塊LOGO！（12/24或115/240V）的從站功能。

• CM/ EIB/KNX是在EIB總線上的一個總線設備，通過EIB數據點的數據交換，使LOGO！能和其它EIB設備進行通訊。它傳送EIB數據點到LOGO！以及傳送LOGO！功能到EIB。CM EIB/KNX可以將被組態數據點的當前狀態提供給LOGO！因而能鏈接后者的邏輯功能和定時元素。此外，EIB數據點還能鏈接到本地LOGO！輸入/輸出。以及CMEIB/KNX模塊在EIB總線上傳送輸出信號狀態中的每一個變化。

• LOGO！和CM EIB/KNX模塊的通訊結合提供用戶運行EIB總線上的分布式控制器功能，可以快速簡易地設定或修改參數和邏輯操作而不需要編程設備。

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  LOGO!是西門子公司推出的通用邏輯控制模塊，具有靈活和低成本的特點，是您z佳的選擇。

  LOGO! 是一項真正面向未來的技術。它現在已經發展成為標準組件產品，因而它比以前更加容易，更加完善。

  現在LOGO!有兩個版本：基本型LOGO!和經濟型LOGO!。再加上各式各樣的擴展模塊，LOGO!事實上已經成為一項能覆蓋各個方面的成熟技術，它無處不在，*！

  LOGO!--通用邏輯控制模塊有8種基本功能和26種特殊功能，它代替了很多定時器、繼電器、時鐘和接觸器所實現的功能，取代了數以萬計的繼電器設備。LOGO! 模塊不需要太多的附件和放置空間，因而它使得控制柜的體積變得更小，而且隨時能夠擴展其功能。所以，LOGO! 模塊不僅降低了花費，也節省了多達70%的時間。LOGO!易于安裝，幾乎不需要任何接線。而且編程十分簡單，所做的僅僅是按動幾下按鈕。LOGO!也具有抗振性，及很強的電磁兼容性（EMC），并*符合各項工業標準，能夠應用于各種氣候條件。LOGO!滿足B級噪音抑制要求，并且具備所有必需的級認證。因此，LOGO!得以在*范圍廣泛使用。

  您可以忽略所有的個體元件，例如時間繼電器，計數器和中間繼電器，接觸器，因為它們都包含在LOGO!當中。

  LOGO!可以使成本減少50%。

• 替代許多傳統的開關設備

• 縮小控制柜的空間

• 更少的附件

• 更少的放置空間

• 不易于磨損，節省維護費用

• LOGO!可節省70%的時間

• DIN導軌安裝

• 幾乎沒有配線需求

• 編寫和改變程序只需按動按鈕

• 在PC機上快速地編寫和測試用戶程序

• 用戶友好化設置

• 自動夏令時/冬令時交換

• z佳的文獻幫助

• LOGO!可以節省70%的空間

• 只需要占用DIN導軌上4個模塊的空間部件就能替代很多定時器、繼電器、時鐘和接觸器所實現的功能

• 8個基本功能和26個特殊功能可代替更多的開關設備

• 能夠實現許多復雜的功能，但不需要額外增加附件和任何裝備。

• *的各種性能

• 抗震性能好

• 電磁兼容性能（EMC）*

• 符合工業標準

• 適用于所有氣候環境

• 滿足B級噪音抑制要求

• 擁有所用必要的認證

• 使用在世界上的任何地方  

• LOGO！的優點