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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。

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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。

3.2 主要子程序原理

  （1）充电转换子程序：通过判断标志字v152的值来决定监控器的运行方式。当标志字为0时调用浮充电子程序；当标志字为1时调用恒流充电子程序；当标志字为2时调用均充电子程序。各充电子程序之间通过程序内部自动进行转换。系统初次上电后用0.1c10a给定恒流充电，电压达到整定值（2.30-2.40）v×n（n为单体电池节数）时，自动转为恒压均充电；当充电电流逐渐减小，达到0.01c10a时，plc开始计时，均充计时达3小时后，自动转为浮充电状态运行，充电电压为（2.23-2.28）v×n。正常运行浮充状态下每隔720小时，自动转入恒流充电状态运行，按阀控式密封铅酸蓄电池正常充电程序进行充电。

（2）交流电中断子程序：当电网事故停电，这时充电装置停止工作，蓄电池通过降压模块，无间断地向二次控制母线送电，同时监控器发出告警信号。交流电源中断超过0.5小时以上，恢复送电运行时，plc控制充电装置自动进入恒流充电状态运行，按阀控式密封铅酸蓄电池正常充电程序进行充电。

（3）通讯子程序：接受命令采用中断处理，通过atch指令使中断事件8在接受不同特征命令下执行不同的程序。对串行通讯的超时限制则通过内部定时中断来控制，其事件号为10，定时时间由smb34来确定。为减少通讯的误码，采用crc16校验措施［4］。

4 装置功能特点

检测高频整流模块的输出电流和故障状态：当模块有故障时，监控器发出声光报警信号，并重新均分整流模块负载；可本地或远端控制整流模块的开/关机、自动控制电池充电均浮充转换；可本地或远端连续设置整流模块的输出电压；监测各直流馈电输出的电压、电流，各馈电输出开关状态、熔断器状态、绝缘状态，当发生异常情况时发出声光报警；监测电池电压及充放电电流：当市电中断由蓄电池维持向负载供电时，如果电池电压降至低压告警值，监控模块发出声光报警；当市电恢复后监控系统可对电池进行自动均衡充电管理；提供硅链控制口，可支持5级、7级硅链自动控制；支持母线分段支路绝缘监测，绝缘阻值过低报警；采用原电力部颁标准通讯协议，rs232或rs485串行通讯接口，可方便的与电力自动化系统对接，实现电源系统的“遥信，遥测，遥控，遥调"四遥功能；监控器对重要故障信息提供继电器输出，故障内容可按用户需要自行设定；当监控器检测到输出过压、过流等保护信号时，保护继电器动作，跳高频模块交流输入空开，从而保护高频整流模块。

• 西门子智能逻辑控制模块 LOGO主机模块

  LOGO! 集成有：

• 控制功能

• 带背景光的操作和显示面板

• 电源

• 用于扩展模块的接口

• 用于程序模块（插卡）的接口和PC电缆

• 预组态的标准功能，例如接通断开延时继电器、脉冲继电器和软键

• 定时器

• 数字量和模拟量标志

• 数字量模拟量输入和输出，取决于设备的类型

• LOGO! 能为您做什么？

  可在家庭和安装工程中使用（例如用于楼梯照明、室外照明、遮阳蓬、百叶窗、商店橱窗照明等），亦可在开关柜和机电设备中使用（例如门控制系统、空调系统、或雨水泵等）。LOGO! 还能用于暖房或温室等控制系统，用于控制操作信号，以及通过连接一个通讯模块（例如AS-i）用于机器或过程的分布式就地控制。
  还提供有无操作面板和显示单元的特殊型号，可用于小型机械设备、电气装置、控制柜以及安装工程等一系列应用。

  可提供什么设备?

  LOGO! 基本型有2 个电压等级

• 等级1 ≤ 24 V：例如12V DC，24V DC，24V AC

• 等级2 > 24 V：例如115V...240 V AC/DC

• 型式有：

• 带显示：8个输入和4个输出

• 无显示（“LOGO! Pure"）：8个输入和4个输出

• 

  每种型式，均集成在4 个子单元内（SU），并装备有一个扩展接口和提供37 个预组态的标准和特殊功能，以用于建立线路的程序。

  LOGO！提供哪些通讯模块？

• LOGO! 通讯模块（CM）AS-i ，在一单独的文档中对该模块有更为详细的描述。此通讯模块有4个虚拟输入和输出，其作用相当于AS-i 接口系统和LOGO！系统之间的一个接口，AS-i 接口模块使4个数据位从LOGO！基本型传送到AS-i 接口系统，反之亦然。

• LOGO！通讯模块（CM）EIB/KNX，在一个单独的文档中对该模块有更为详细的描述。CM EIB/KNX是一个将LOGO！模块连接到EIB总线的通讯模块，它实现作为逻辑模块LOGO！（12/24或115/240V）的从站功能。

• CM/ EIB/KNX是在EIB总线上的一个总线设备，通过EIB数据点的数据交换，使LOGO！能和其它EIB设备进行通讯。它传送EIB数据点到LOGO！以及传送LOGO！功能到EIB。CM EIB/KNX可以将被组态数据点的当前状态提供给LOGO！因而能链接后者的逻辑功能和定时元素。此外，EIB数据点还能链接到本地LOGO！输入/输出。以及CMEIB/KNX模块在EIB总线上传送输出信号状态中的每一个变化。

• LOGO！和CM EIB/KNX模块的通讯结合提供用户运行EIB总线上的分布式控制器功能，可以快速简易地设定或修改参数和逻辑操作而不需要编程设备。

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  LOGO!是西门子公司推出的通用逻辑控制模块，具有灵活和低成本的特点，是您z佳的选择。

  LOGO! 是一项真正面向未来的技术。它现在已经发展成为标准组件产品，因而它比以前更加容易，更加完善。

  现在LOGO!有两个版本：基本型LOGO!和经济型LOGO!。再加上各式各样的扩展模块，LOGO!事实上已经成为一项能覆盖各个方面的成熟技术，它无处不在，*！

  LOGO!--通用逻辑控制模块有8种基本功能和26种特殊功能，它代替了很多定时器、继电器、时钟和接触器所实现的功能，取代了数以万计的继电器设备。LOGO! 模块不需要太多的附件和放置空间，因而它使得控制柜的体积变得更小，而且随时能够扩展其功能。所以，LOGO! 模块不仅降低了花费，也节省了多达70%的时间。LOGO!易于安装，几乎不需要任何接线。而且编程十分简单，所做的仅仅是按动几下按钮。LOGO!也具有抗振性，及很强的电磁兼容性（EMC），并*符合各项工业标准，能够应用于各种气候条件。LOGO!满足B级噪音抑制要求，并且具备所有必需的级认证。因此，LOGO!得以在*范围广泛使用。

  您可以忽略所有的个体元件，例如时间继电器，计数器和中间继电器，接触器，因为它们都包含在LOGO!当中。

  LOGO!可以使成本减少50%。

• 替代许多传统的开关设备

• 缩小控制柜的空间

• 更少的附件

• 更少的放置空间

• 不易于磨损，节省维护费用

• LOGO!可节省70%的时间

• DIN导轨安装

• 几乎没有配线需求

• 编写和改变程序只需按动按钮

• 在PC机上快速地编写和测试用户程序

• 用户友好化设置

• 自动夏令时/冬令时交换

• z佳的文献帮助

• LOGO!可以节省70%的空间

• 只需要占用DIN导轨上4个模块的空间部件就能替代很多定时器、继电器、时钟和接触器所实现的功能

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• 能够实现许多复杂的功能，但不需要额外增加附件和任何装备。

• *的各种性能

• 抗震性能好

• 电磁兼容性能（EMC）*

• 符合工业标准

• 适用于所有气候环境

• 满足B级噪音抑制要求

• 拥有所用必要的认证

• 使用在世界上的任何地方  

• LOGO！的优点

影响接线端子选择两大因素，一是功率因素，二是外观因素。三是使用环境因素。
功率因素主要考虑接线端子承载额定电流、电压大小，功率大小因素，依据负载电流电压大小，去选择相应等级，且留有空间的接线端子。
外观因素主要考虑接线端子在整个电气布局中的美观度，协调性。
使用环境因素主要考虑操作者的方便程度以及设备自身所处环境要求，操作方便是大家所追求的愿望，降低劳动强度，提高工作效率。对于设备所处环境，比如是否震动频率过大，粉尘是否过大等。都可以选择相应的接线端子搭配。
      几乎在所有的电器产品，连接器已成为连接各组件的必备元素。连接器的存在不仅是为了方面拆接，同时也是为产品提供电流及信号的载体。
在使用连接器的过程中，或许都曾有过类似的经历：使用廉价的连接器，*后付出高昂的代价，以至后悔不迭。连接器的错误选择和使用可造成系统无法正常操作、产品召回、产品责任案件、电路板损坏、返工和维修，继而会造成销售和顾客流失。因此，在设计时，一定要为器件选择一款适合的连接器，否则，一个小小的连接器让整个系统无法运作的局面是让人感觉很崩溃的。
       首先会考虑到成本的控制，其他是对高质量、高稳定性，还有连接器本身的设计特点。为避免设计过程中低估了连接器的重要性，因小失大.连接器在整个系统设计中起着牵一发而动全身的作用，工程师们在选择电子元器件时不仅需要关注芯片技术，也需要关注外围器件的选择，这样才能让系统运行得心应手，起到事半功倍的效果。