西门子模块6ES7232-0HB22-0XA8原装库存

西门子模块6ES7232-0HB22-0XA8原装库存开关房各开关柜配备情况Table 1　Equipment of each switch cabinet柜号用途开关形式电流互感器保护方案N1进线断路器600 A/5 A纵差、零序、过流、速断N2变压器负荷开关高压熔断器N3变压器负荷开关高压熔断器N4出线断路器600 A/5 A零序、过流、速断N5出线断路器600 A/5 A纵差、零序、过流、速断　　由于中低压配电网的一个主要特点是频繁开关操作和故障跳闸。因此，实现遥控和遥信，及时报告故障地点、故障原因，安排停电、供电计划，是配电自动化的主要任务。广州保税区10 kV配电网的保护设备为实现遥信、遥控功能提供了方便的硬件支持。根据各开关柜二次接线的实际情况，确定每个开关房的遥控规模为6点，遥信规模为21点。2　10 kV配电自动化的PLC方案2.1　系统总体结构　　整个系统由执行端(SCP)、信道、调度端3部分组成，如图1所示。执行端(SCP)使用PLC代替传统的RTU，实现其全部功能；信道使用普通导引电缆；调度端由两台PC机组成双机运行的以太网。图1 配电自动化系统总体构成Fig.1 The overall constitution of distribution automation system2.2　SCP的硬件构成　　SCP的原理框图如图2所示。SCP以PLC为主体，其它的辅助元器件有电源、中间继电器、调制解调器、模式设置开关、电源开关等。图2 SCP原理示意图Fig.2 Schematic diagram of SCP　　PLC选用SIMENS模块化的S7—200系列，根据所需功能的不同，可以进行组态。有基本模块(包括S7—212，S7—213，S7—214三种型号，各含14个输入点和10个输出点)、输入点扩展模块(8个输入点)、输出点扩展模块(8个输出点)、模拟输入扩展模块(2个模拟输入量)、模拟输出扩展模块(2个模拟输出量)等几种模块。根据遥测、遥信、遥控规模的大小，可以选用单独一个基本模块或者一个基本模块和若干个扩展模块进行组合，达到所需的遥测、遥信、遥控点数。　　 在本方案中，选用了1个基本模块(S7—214型)和2个输入点扩展模块，共达到30个输入点(对应30个遥信点)、10个输出点(对应10个遥控点)。S7—200主要引脚功能见图2。　　S7—214型基本模块本身自带14个输入点、10个输出点，有一个断电保持的时钟。有简单的通信功能，加、减、乘、除运算功能，丰富的移位、位操作、逻辑判断功能，较强的中断功能。这些特点为实现配电网中远动装置的各种功能(遥测、遥信、遥控等)提供了灵活、快捷、经济、可靠的保证。2.3　SCP实现遥信、遥控、通信的工作过程2.3.1　遥信　　将需要遥信的开关信号输入到PLC的开关输入点，以实现SCP的遥信功能。在PLC的每次扫描中，各个开关的状态被自动写入相应的输入点映象寄存器位中，扫描程序捕捉任何开关的状态变化信息，并将它们作为事件报文传送到监控微机。2.3.2　遥控　　利用PLC的开关输出点电流的通断控制断路器的合闸、跳闸，以达到对线路进行遥控的目的。　　当PLC的扫描程序发现有遥控命令需要执行时，将对应的输出点置为高电平，在相应的中间继电器中产生电流，使触点闭合，对应的断路器动作，对应的输出点再置回低电平，中间继电器断流，触点断开，SCP的遥控机构恢复到遥控前状态。2.3.3　通信　　SCP利用PLC的自由通信方式进行通信。空闲时，PCL时刻处于捕获通信中断信号的状态。当监控微机有字符送来时，PLC产生接收中断信号，进而执行相应的中断处理程序，完成报文的接收。当PLC的扫描程序检测到发送报文条件满足时，利用发送指令发送报文。报文发送完毕后，产生发送完毕中断信号，相应的中断处理程序将PLC切换回空闲状态，以便下次接收报文。3　PLC与监控微机的通信规约3.1　通信规约的技术要求　　所选PLC仅支持半双工通信，它对通信有以下要求：在同一时刻只能收或发；由接收方式转为发送方式或相反，都必须经历一定的空闲时间；一次多只能发送255个字符。　　根据这些要求，我们制定了以下Polling方式的通信规约。3.1.1　监控微机(主机)发送报文的方式　　a.由主机引起对话，PLC处于被动应答状态；　　b.主机发出报文，并得到PLC回报后，再经历100 ms才能发送下一报文。3.1.2　主机接收报文的方式　　a.主机发送报文后，经历90 ms，开始检测PLC的返送报文。有效报文的第1个字节为SCP站址。　　b.接收到站址后，接收报文的后续字节。同一报文的相邻字节间隔应小于60 ms，否则，认为其中前一字节结束了一个报文，后一字节开始另一报文或者为无用字节。3.1.3　主机对通信异常的处理　　a.发完一段报文后，在5 s内未收到PLC的返送报文，须重发报文；　　b.如果收到PLC的“出错”报文，须重发报文；　　c.如果收到错误的报文，发送“出错”报文给PLC。3.1.4　PLC接收报文的方式　　a. PLC被动响应监控微机发来的信号。　　b. PLC发送报文后，经过90 ms，进入接收报文状态，开始检测站址。有效站址位于报文第1个字节；检测到本站站址后，接收报文。3.1.5　PLC发送报文的方式　　a.如果接收报文不完整(长度不符)，则不发返送报文，等待主机重发。　　b.接收到一段完整报文后，在100 ms之后发送返送报文。返送报文于接收报文后5 s内到达监控微机。返送报文类型按以下优先顺序确定：状态报文、事故报文、出错报文、其它报文。3.1.6　PLC对通信异常的处理　　PLC自动发送和重发“事故”报文，不重发其它报文。3.2　报文的类型和格式　　根据广州保税区配电自动化的功能要求以及PLC的特点，我们规定了11种下行报文和13种上行报文。为了提高报文传送的可靠性，又考虑到PLC的能力，这些报文选用以下的格式：字节1为PLC地址，字节2为报文类型，字节3为数据长度(=n)，字节3+1～字节3+n为数据区，字节3+n+1为字节1～字节n+3的异或校验码。1、PLC程序的经验设计法在PLC发展的初期，沿用了设计继电器电路图的方法来设计梯形图程序，即在已有的些典型梯形图的基础上，根据被控对象对控制的要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地调试和修改梯形图，不断地增加中间编程元件和触点，后才能得到一个较为满意的结果。这种方法没有普遍的规律可以遵循，设计所用的时间、设计的质量与编程者的经验有很大的关系，所以有人把这种设计方法称为经验设计法。它可以用于逻辑关系较简单的梯形图程序设计。用经验设计法设计PLC程序时大致可以按下面几步来进行：分析控制要求、选择控制原则；设计主令元件和检测元件，确定输入输出设备；设计执行元件的控制程序；检查修改和完善程序。2、经验设计法的特点经验设计法对于一些比较简单程序设计是比较奏效的，可以收到快速、简单的效果。但是，由于这种方法主要是依靠设计人员的经验进行设计，所以对设计人员的要求也就比较高，特别是要求设计者有一定的实践经验，对工业控制系统和工业上常用的各种典型环节比较熟悉。经验设计法没有规律可遵循，具有很大的试探性和随意性，往往需经多次反复修改和完善才能符合设计要求，所以设计的结果往往不很规范，因人而异。经验设计法一般适合于设计一些简单的梯形图程序或复杂系统的某一局部程序（如手动程序等）。如果用来设计复杂系统梯形图，存在以下问题：   1)．考虑不周、设计麻烦、设计周期长  用经验设计法设计复杂系统的梯形图程序时，要用大量的中间元件来完成记忆、联锁、互锁等功能，由于需要考虑的因素很多，它们往往又交织在一起，分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些问题。修改某一局部程序时，很可能会对系统其它部分程序产生意想不到的影响，往往花了很长时间，还得不到一个满意的结果。  2)．梯形图的可读性差、系统维护困难用经验设计法设计的梯形图是按设计者的经验和习惯的思路进行设计。因此，即使是设计者的同行，要分析这种程序也非常困难，更不用说维修人员了，这给PLC系统的维护和改进带来许多困难。1 前言    罐区中原油储罐和输油管道所使用的各种控制阀门是石油储运过程中必不可少的现场仪表，其智能化程度的高低、所含信息的多少和对故障的诊断与容错能力直接影响到数据采集与监控系统的可靠性、稳定性和易用性。通常罐区中的控制阀数量众多且分散，普通的控制阀所含信息量少而布线繁多，这在一定程度上使罐区监控系统的设计复杂化。该系统采用英国Rotork公司的智能电动阀及其主站控制器，大大简化了监控系统的复杂设计，而且借助其丰富的诊断信息和对故障的容错能力，使系统的可靠性得以提高。2 监控系统的硬件实现2.1 Rotork智能阀控制设备        Rotork智能阀控制设备是一个阀门数据采集、监视与控制系统，它由一台主站控制器和与它相连的现场电动阀组成。主站控制器通过一条两线电流环路可以控制挂于环路上的多达240个现场控制阀，该电流环路可长达20 km。    现场电动阀的智能化程度较高，其内部含有丰富的数据和诊断信息。但主要的特点是多个智能阀仅通过两线互联成一个环路，终接入主站控制器的只有起始和末端两线，所有阀门信息通过两线通讯进入主站控制器。现场电动阀还具有线路故障屏蔽功能，当环路出现开路、短路或接地故障时，智能阀可以将故障端的线路屏蔽掉，使主站控制器仍能与线路上的所有智能阀通讯而不受影响，同时将故障信息发给主站控制器。其两线屏蔽原理如图2—1所示。    正常操作情况下，通讯电流信号沿环路的一条线从主站控制器的端口A流出，经该环路从端口B流回。此时，另一条线路是冗余的。当有一处线路发生故障时，该处故障线路被阀门屏蔽，故障线路两边的智能阀可通过各自的环路与主站控制器通讯；当有两处线路发生故障时，这两处故障之间的智能阀都被屏蔽，两处故障之外的智能阀依然可以通过两“臂状”环路与主站控制器通讯。    主站控制器是由主CPU卡、环路通讯卡、电源、液晶显示器和16按钮键盘组成的盘装智能仪表。它内部有两个固定的数据库，一个是现场单元数据库，负责接收并记录从两线环路传来的智能阀的地址、转矩、开度等数据，根据从上位机传来的读写命令控制阀门的运动，该数据库从逻辑上划分为4个区，每个区记录60个阀门的数据；另一个数据库为主站控制器状态及自诊断数据库，负责记录通讯协议的有关状态并向智能阀发布命令。通过主站控制器的按键和液晶显示器，可以实现读取智能阀的开度、转矩、地址等数据，控制阀门的开闭，接收报警信号及与PLC通讯等功能。        Pakscan IIE Master Station是Rotork主站控制器中的一种，它为双重热备结构，在主控制器出现故障时可以自动切换到热备控制器。图2—2为Pakscan IIE主站控制器与现场智能阀通过两线环路相连的情况。        Pakscan IIE Master Sation有一个RS－485通讯口和一个RS－232通讯口，它们可通过Modbus协议与PLC通讯。其中RS－232通讯口可以不通过PLC直接连接打印机，打印报警信号。2.2 监控系统结构    图2—3所示为现场智能电动阀监控系统的结构框图。    该系统的控制部分采用美国GE Fanuc公司的HBR双重热备型PLC系统，通过PLC控制140个智能阀(IQ actuator)的开停闭。上位监控站可监视各个智能阀的阀位回信状态、阀位值以及报警信号，并可执行开阀、停阀和关阀操作。        Pakscan IIE主站控制器与PLC之间采用Modbus协议通讯，以port 1的RS－485接口连接。正常运行情况下，主PLC和主控制器工作，从PLC和热备控制器分别与主PLC和主控制器保持同步。智能阀将数据传送给主控制器，主PLC通过RS－485接口从主控制器中读取数据，并向其发布命令，主控制器再执行命令，驱动智能阀按命令运转。当主PLC或主控制器出现故障时，系统能分别自动切换到从PLC或热备控制器。    由于系统中采用的是Modbus通讯协议，一台PLC可以连接多台Pakscan IIE主站控制器，因此，若现场智能阀较多，系统可以很方便地扩展而且连线简单。3 软件设计3.1 通讯程序设计        PLC选用Modbus RTU主通讯模块(master)。Pakscan IIE主站控制器是一个远程终端单元，做为Modbus从设备(slave)。PLC的CPU通过Modbus RTU主通讯模块控制Pakscan IIE主站控制器的读写，被称为Modbus host。系统采用单Modbus host两线通讯方式，该方式多可以连接32个Pakscan IIE主站控制器。    主通讯模块的程序设计有3部分内容：初始化通讯模块；读写Modbus/RTU数据；监测通讯状态。    通讯模块的初始化工作主要是配置3个初始化控制块的参数：Slave控制块(SCB)，信息控制块(MCB)和通讯要求参数块(COM_REQ)。SCB是一个15个寄存器长的数据块，功能是定义与其通讯的Slave的型号、个数、状态等参数，每一个Slave需要定义一个SCB块。MCB是一个6个寄存器长的数据块，功能是定义Master要求每个Slave执行的命令信息，包括命令类型、RTU引用地址偏移、PLC引用地址偏移、主机号等参数，每一种命令需要定义一个MCB块。COM_REQ是一个17个寄存器长的数据块，功能是定义通讯方式、端口控制字及监测SCB和MCB的状态参数等，每一端口需要定义一个COM_REQ块。所有这些初始化参数在PLC上电或冷启动初始化的个扫描周期内加载到RTU主通讯模块，此后RTU主通讯模块负责与PakscanIIE主站控制器通讯，而PLC则与RTU主通讯模块交换数据。    读写Modbus／RTU数据和监测通讯状态的编程相对简单，只要读写初始化时定义的相应的PLC参数地址即可。3.2 监控软件设计    上位监控站可以准确的监测和控制储运过程的所有信息和设备。通过编程、组态、连接，形象地反映实际工艺流程、显示动态数据，设置PID控制参数以及过程参数，并可以查看历史趋势、报警历史报表等。        Rotork的现场电动阀配置在流程的输油管线上，通过按钮可以人工启动、停止和关闭任一个阀门，并显示任意时刻的阀门状态和阀位值。设计良好的人机界面使操作简便、直观。4 结束语        Rotork的智能阀控制设备与PLC的结合使得罐区储运监控系统布线简洁、控制方便，PLC的冗余以及Pakscan IIE主站控制器的双热备保证了系统的高可靠性，也提高了控制系统的自动化程度。该系统已投入工业现场使用，效果良好