6ES7211-0BA23-0XB0现货充足

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1 引 言

    地铁的供电系统为地铁运营提供电能。无论地铁列车还是地铁中的辅助设施都依赖电能。地铁供电电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和地铁供电系统实现输送或变换，然后以适当的电压等级供给地铁各类设备。

    地铁全面采用变电站自动化设计，由于变电站数量多、设备多，在加上其完善的综合功能，信息交换量大，而且要求信息传输速度快和准确无误。在变电站综合自动化系统中，监控系统至关重要，是确保整个系统可靠运行的关键。

    变电站自动化系统，经过几代的发展，已经进入了分散式控制系统时代。遥测、遥信、遥控命令执行和继电保护功能等均由现场单元部件独立完成，并将这些信息通过通讯系统送至后台计算机系统。变电站自动化的综合功能均由后台计算机系统承担。

    将变电站中的微机保护、微机监控等装置通过计算机网络和现代通信技术集成为一体化的自动化系统。它取消了传统的控制屏台、表计等常规设备，因而节省了控制电缆，缩小了控制室面积。

2 地铁变电站自动化系统组成

    在本地铁变电站自动化系统设计中，采用分层分布式功能分割方案。系统纵向分三层，即变电站管理层、网络通讯层和间隔设备层。分层式设计有利于系统功能的划分，结构清晰明了。系统采用集中管理、分散布置的模式，各下位监控单元安装于各开关柜内，上位监控单元通过所内通信网络对其进行监视控制。变电站自动化系统需要对35kV交流微机保护测控装置、直流1500kV牵引系统微机保护测控装置、380/220V监测装置、变压器及整流器的温控装置、直流/交流电源屏等设备进行监控和数据采集。

    由于可编程序控制器技术经过几十年的发展，已经相当成熟。其品种齐全，功能繁多，已被广泛应用于工业控制的各个领域。用PLC来实现地铁变电站自动化的RTU功能，能够很好地满足“三遥”的要求。本系统采用了Modicon Quantum系列PLC，来实现变电站自动化的RTU功能。Quantum具有模块化，可扩展的体系结构，用于工业和制造过程实时控制。对应于变电站的电压等级和点数的多少，可以选用大、中、小型不同容量的PLC产品。

    随着当地保护装置功能的日益强大，可以通过与保护装置的通讯来实现遥控和遥信功能。一些特殊要求的情况下，采用DI、DO、AI模块来实现遥控和遥信。使用PLC的DI模块来实现遥信、用PLC的DO模块来实现遥控、用PLC的AI模块来实现遥测、用PLC的通信功来完成与微机保护单元的通讯。利用PLC的各种模块可以很方便的实现“三遥”基本功能。

3 地铁变电站自动化系统设计

    3.1 系统结构

    变电站管理单元内的主监控部分采用可编程控制器PLC。CPU模块采用80586处理器,主频66MHz，内存2M，并配有存放数据、可调参数和软件的 RAM和FLASH MEMORY。能对CPU及I/O进行自诊断。

    电源模块，采用冗余配置。电源采用冗余配置，系统输入两路直流电源，保证系统在1路电源失电时，系统仍可无扰动安全运行，tigao系统的可靠性。通讯模块采用Modbus＋通讯模块。

  间隔层的微机保护装置经过RS-485总线分成几个组，连接到网桥的Modbus通讯口上，通过网桥收集数据并将这些数据通过MB+网络送到主监控单元PLC。

    系统的主监控单元可通过可编程网桥编制不同的规约，满足与不同智能设备之间的接口需要。MODBUS网桥NW-BM85C002 MB+网桥/多路转换器，每台网桥具有4个通讯口与间隔层的智能设备通讯，网桥将MODBUS协议的数据进行协议转化，通过MB+网络与PLC建立网络通讯;同时在中央信号屏中还配有可编程网桥NW-BM85C485，通过MB+网络与PLC连接，每个可编程网桥具有四个通讯协议可编程的RS-485口，在本方案中对其中的两个口进行编程，使之通过IEC-60870-7-101与中央控制中心通讯。

    系统网络通讯层向上通过可编程网桥的RS-422接口采用IEC60870-5-101规约实现与控制中心通讯;向下网络通讯层通过网桥RS-422接口MODBUS标准规约实现与主变电站内的各开关柜或保护屏内的微机综合保护测控单元等智能装置通讯，满足变电所综合自动化系统控制、测量、保护的技术要求。通过网桥与智能设备及控制中心通讯，由网桥实现协议转换，降低PLC的CPU模块负荷率，tigao系统的可靠性。

    配置液晶显示器，用于变电所内监控、软件维护，设备调试，站控层操作等人机接口。带有液晶显示器实现站内数据的显示和控制。液晶显示以汉字实时显示所内所有事故、预告信号、所内各微机综合保护测控单元的运行状态。事件变位的内容、时间等。当多个事故信号同时发生时,液晶显示报警装置按新旧次序，在所内时间分辨率的范围内依次显示各种信息,并能存储。操作员通过按钮对显示进行选择,必要时操作员可通过该组操作按钮对开关进行所内集中控制。

    “就地-远方”控制切换装置。为便于系统运行的需要，在中央信号屏内装有“就地-远方”切换开关，实现就地控制和远方控制之间的方式切换和闭锁。在变电站控制上，方便分层控制和管理。

    系统的电源采用冗余配置，系统输入两路直流电源，保证系统在一路电源失电时，系统仍可无扰动安全运行，tigao系统的可靠性。

    3.2 开放式、宜扩展性设计

    可以与满足相应标准规约(profibus, spabus, modbus等)的其它公司相关的(IED)互联进行信息交换。充分考虑到变电站扩建、改造等因素，间隔层设备基于模块式标准化设计，可根据要求随意配置，变电站层设备设置灵活。

    网络通讯层设计考虑到工业以太网、CAN、422、modbus＋等现场总线的接口设计，能充分满足大liuliang实时数据传送的实时性和可靠性。

   1、引言

    步进电机由于具有转子惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，已成为运动控制领域的主要执行元件之一。步进电机是机电一体化的关键产品，广泛应用在各种自动化控制系统和机电一体化设备中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个行业的控制领域都将有广泛应用。PLC 作为一种工业控制计算机，具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、jingque的数据处理能力、PLC 对步进电机也具有良好的控制能力，利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能，即可实现对步进电机的控制。

    对于那些在运行过程中移动距离和速度均确定的具体设备，采用PLC 通过驱动器来控制步进电机的运转是一种理想的技术方案。本例介绍PLC 控制步进电机的方法。

    2、工作原理及特性

    步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的执行机构。由于受脉冲的控制，其转子的角位移量和速度严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比，通过控制脉冲数量来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的；通过改变通电顺序，从而达到改变电机旋转方向的目的。步进电机的种类很多，按结构可以分为反应式、永磁式及混合式步进电机三类，按相数分则可以分为单相、两相和多相三种。

    2.1 步进电机的特点

    （1）步进电机的角位移与输入脉冲数严格成正比，电机运转一周后没有累积误差，具有良好的跟随性。

    （2）由步进电机与驱动器电路组成的开环数字控制系统，既非常简单、廉价，又非常可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数字控制系统。

    （3）步进电机的动态响应快，易于启停、正反转及变速。

    （4）速度可在相当宽的范围内平滑调节，低速下仍能保证获得大转矩。

    （5）步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用交流电源和直流电源。

    2.2 控制原则

    步进电机能响应而不失步的高步进频率称为“启动频率”；与此类似，“停止频率”是指系统控制信号突然关断，步进电机不冲过目标位置的高步进频率。而电机的启动频率、停止频率和输出转矩都要和负载的转动惯量相适应。有了这些数据，就能有效地对步进电机进行变速控制。

    采用PLC 控制步进电机，应根据下式计算系统的脉冲当量、脉冲频率上限和大脉冲数量，进而选择PLC 及其相应的功能模块。根据脉冲频率可以确定PLC 高速脉冲输出时需要的频率，根据脉冲数量可以确定PLC 的位宽。脉冲当量=（步进电机步距角×螺距）/（360×传动速比）；脉冲频率上限=（移动速度×步进电机细分数）/脉冲当量；大脉冲数量=（移动距离×步进电机细分数）/脉冲当量。

    3、PLC 实现步进电机单双轴运动的控制

    3.1 控制坐标系的建立

    PLC 对步进电机的控制首先要确立坐标系，可以设为相对坐标系，也可以设为坐标系。坐标系的设置在DM6629 字中，00—03 位对应脉冲输出0，04—07 位对应脉冲输出1。设置为0时，为相对坐标系；设置为1 时，为坐标系。

    3.1.1 对于不带加减速的单相脉冲输出

    当PLC 控制坐标系设定为相对坐标系时，可以从端口0 和端口1 以增量的形式输出脉冲，输出脉冲的计数值，对于端口0记录在SR229、SR228 通道，对于端口1 记录在SR231、SR230 通道中。

    如设输出脉冲数为00000100 时从端口输出100 个脉冲，脉冲计数值从0 计到100，之后还可以继续从该端口输出脉冲，即可以增量输出脉冲。每次输出脉冲时，脉冲计数值从0 开始重新计数，计满设定值为止。

    当设为坐标系时，输出脉冲数可以设置为正数，如00000100（相当于电机正向转动100 步），也可以设置为负数，如80000100（高位为“1”表示负数，相当于电机反向转动100 步）。但由于是单相脉冲输出，须另外加方向控制信号，可以用01002等输出端做方向信号输出。

    在坐标系中，坐标值记录在SR229、SR228 通道（端口0）和SR231、SR230 通道中（端口1）。每次输出脉冲数是脉冲设置值和当前坐标值的差，如当前坐标值为0，设置输出值为00000100，输出100 个脉冲（正向输出信号有效），再设置输出值为00000100，不再输出脉冲，再设置输出值为80000100，再输出200 个脉冲（反向输出信号有效），坐标值由00000100 变为80000100。

    3.1.2 对于带加减速的两相脉冲输出

    当设置为相对坐标系时，也可以实现增量脉冲输出。由于两相脉冲输出可以直接控制电机正反向，所以脉冲输出值可以设置为正数，也可以设置为负数，输出脉冲的计数值记录在SR229、SR228 通道（端口0）中。如设置输出脉冲数为00000100，电机正向运转100 步，脉冲计数值从00000000 计到00000100，再设置输出脉冲数为80000100，电机反向运转100 步，脉冲计数值从80000000 计到80000100。

    当设置为坐标系时，坐标值记录在SR229、SR228 通道（端口0）中，坐标变化情况类似于单相脉冲输出，但正／反向脉冲输出或脉冲十方向输出由01000 和01001 两个端口配合完成。

    3.2 单轴运行控制

    带加减速的单轴正反转控制，带加减速单轴正反转运控制的控制接线及时序，如图1，图2 所示。图1中用两相脉冲输出CW／CCW 方式进行控制。

图1 控制接线图

图2 控制时序图

    用两相脉冲输出CW/CCW 方式进行控制，PLC 的控制程序，如图3 所示，梯形图中设定参数有：

图3 控制梯形图

    DM0010 值为0001，对应加减速率为10HZ/10ms
    DM0011 值为0050，对应目标频率为500HZ
    DM0012 值为0020，对应启动频率为200HZ

    3.3 双轴运行控制

    3.3.1 带正反向的二轴运动控制

    双轴运动控制使用一台PLC 控制两个驱动器，驱动两个步进电动机的运动。带正反向二轴运动控制的接线，如图4 所示。

图4 带正反转二轴运动控制接线图

    PLC 的控制程序，如图5 所示，梯形图中01002 和01003 为ON 时电机顺时针转动，为OFF 时电机逆时针转动。

图5 带正反转二轴运动控制梯形图

    3.3.2 不带正反向的二轴运动控制

    不带正反向的双轴运动控制的接线的接线图，当有脉冲输出时，电机逆时针转动。这种方式和方式1 的差别就是不用01002和01003 作方向控制，如图6 所示。

图6 不带正反向的双轴运动控制

    4、结论

    通过PLC 来实现步进电机的单双轴运动控制的设计，从而达到了PLC 在步进电动控制中应用更加广泛。例如，在对单双轴运动的控制过程中，在控制面板上设定移动距离、速度和方向等参数。PLC 读入这些设定值后，通过运算产生脉冲、方向信号，控制步进电动机驱动，达到对距离、速度、方向控制的目的。并通过实测证明系统运行结果具有可靠性、可行性、有效性