西门子模块6ES7216-2AD23-0XB8使用说明

西门子模块6ES7216-2AD23-0XB8使用说明

1  引言
    配电自动化是对配电网上的设备进行远程实时监控、协调以及控制的集成系统。目前的系统设计大多面向微处理器，难以构建开放的硬件体系结构，用不同编成语言在不同平台上开发完成，缺乏开放性，重用性和互操作性，为了打破传统plc产品互不兼容的局限性，提出利用软plc技术，采用面向现场总线网络的体系结构以及开放的以太网通信接口来实现配电网自动化的遥测、遥信、遥调、遥控、遥视功能。

2  配电自动化系统的体系结构
    根据《电力系统调度自动化的设计规程》和《地区电网调度自动化技术规范》，配电自动化系统结构一般分为三个层次：配电控制中心、站控终端层和配电自动化终端层(监控终端、监测终端、其他终端)。配电控制中心层采用pc工业控制计算机作为配电中心主站，从整体上实现配电网的监测和控制，分析配电网的运行状态，谐调配电子网之间的关系，对整个网络进行有效的管理，使其处于优的运行状态，它作为人机交互的窗口，可完成各种图形显示、系统维护设备管理、报表打印等功能，并具有可控装置和控制可调功能。由于配电网中监控设备点多面广，如变电站、开闭所、变压器、静止无功补偿设备、开关房/柜、断路器等别控设备，不可能把所有的站端监控设备直接连接到配电自动化中心主站上，必须增设站控终端，这里选择softplc公司的softplc作为站控制端，软plc通过网络实现rtu和ftu现场设备与配电控制中心主站层直接通讯，每个站控制端作为网络节点，通过internet网有机的连接在一起，浏览rtu和ftu采集的各种现场信息，基于tcp/ip协议，将信号传输到主站服务器上，同样主站服务器传输下来控制指令，经站控制端处理后，输出到被控对象的执行机构。该系统各个层次通过配电自动化通信系统internet将它们有机的连接起来，形成1个整体，完成配电网的监控和管理，如图1所示。

图1  配电自动化系统结构

3  系统设计
    配电自动化管理系统是对电网进行在线和离线的智能化监控与管理，是配电网运行于安全、可靠、经济、优质、高效的优状态，它是我国配电网改造的重要组成部分。为实现实时监控与管理功能，必须解决“五遥”问题。
3.1 遥测
    使用网络型电力监测智能前端实现遥测。电力监测智能前端系统是用于实时测量变压器的有功和无功功率、线路的有功功率、母线的电压和线路的电流等配电网重要的电参量系统，主要由模拟部分、信号处理部分、人机接口部分以及通讯接口部分组成，具有精度高、实时性强、性能稳定等优点，其扩充的远程数据传输功能包括485传输和基于tcp/ip协议的udp网络数据包传输，如图2所示。

图2  配电网电能监控结构图

3.2 遥信、遥调、遥控
    使用softplc实现遥信、遥调、遥控。软plc系统(站控制端)由开发系统和运行系统组成。软plc的运行系统是软plc的核心，能够完成输入处理、程序执行、输出刷新的工作，亦即实现硬件plc的扫描周期，具有丰富的控制模块、开放的控制算法接口、实时在线监测功能，并具有强大的网络功能，支持tcp/ip网络，通过网络实现plc远程监控，在线修改，如图3所示。

图3  软plc的运行系统

    配电终端与站控制端采用rs485总线，modbus协议通讯；站控制端(软plc)采集被控对象如变压器、无功补偿设备、开关房/所的模拟量和开关量，并通过tcp/ip协议，将信号传送到internet上，由配电控制中心主站监控系统运行状况，下达控制指令，经过站控制端softplc处理后，输出模拟量或开关量实现对被控设备的执行机构的控制。
    利用softplc的离散输入点来实现遥信、用softplc离散输出点来实现遥控、用模拟采样输入来实现遥测、用模拟输出功能来实现配电网的遥调，调节如升或降有载调压装置、静止无功补偿设备的电压电流相角等。
    将遥视监控系统中的视频数据融入配电自动化中，就形成了遥测、遥信、遥调、遥控、遥视为内容的“五遥”监控，实现在操作界面上，发出遥控命令时，同时可以观测到隔离开关等设备的实时情况，同时系统能在一台监视器屏幕上同时实时显示多个变电站图像，具备图像监视、远程控制、对讲报警的监控功能。

4  系统软件
    系统的配电中心主站采用中文工控组态软件mcgs(monitor and control generated system)设计，mcgs是一套基于bbbbbbs平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可稳定运行于microsoft bbbbbbs 95/98/me/nt/2000等操作系统，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出等功能，使生成的系统图文并貌，稳定可靠运行。
    系统站控制端的软件采用turbo c设计，采用模块化的设计方法，实时数据库为核心，对现场的各种数据采集、处理、运算以及控制功能成功能块的形式，该系统的实时数据以及各功能块参数都存在实时数据库中，各功能块通过实时数据库交换数据。主站与站终端之间采用modbus协议交换数据。

5  结束语
    本文的创新点是提出一种基于软plc的分层式配电自动化网络结构的实时监控系统的解决方案，完好的实现了信息处理、故障定位、负荷管理、远方抄表、以及gis等“五遥”功能， 这样的软plc可以放到嵌入式系统上运行，打破传统产品互不兼容的局限性，不但具有开放性、可扩展性的优点，利用软plc具有的强大的网络功能实现远程控制，实现了控制与监控一体化。

工艺要求：
悬臂单绞专门用于五类缆，超五类缆，六类缆的绞制。这些类型电缆对于制成线的要求主要是信号带宽，即在一定的高频率下信号的通过率。
传统的绞线机由于机械结构复杂，过线轮很多，因此电缆在绞制的过程中，有太多的弯曲过程，从而导致制成线的电气性能劣化，不能满足要求。而悬臂式仅三个过线轮，成缆后直接绕在线盘上，对电线的扭曲有很大的改善作用，同时由于绞弓是一个均质体，速度可以高达1000RPM，因此，得到了广泛的应用。
对系统具有以下的要求：
■ 变频器须具有极高的稳速精度要求，因为绞距的形成有赖于绞弓和收线的速度差；
■ 变频器须具有极高的动态加减速特性，以满足加减速时的绞距稳定；
■ PLC程序需要复杂的绞距形成原理计算，即使收卷直径在发生变化，也必须维持系统的线速度保持恒定。


产品特点：
■ 主机和收线马达利用原有的编码器，采用闭环矢量控制模式，满足稳速精度的要求；
■ 收线变频器采用悬臂单绞专用变频器。汇川技术积累在线缆行业的多年经验，通过对绞线原理的深入分析，设计一款专用的悬臂单绞专用变频器。该产品利用32位DSP平台，集成无差速，有差速绞距计算公式，并直接在变频器内部执行，可以保证线盘在从小到大的过程中，保持线速度的恒定，从而保证绞距的稳定性；
■ 由于采用悬臂收线专用变频器，可以省去昂贵的绞距表，和排距表，同时有利于自主知识产权开发，减少对于非标绞距表的依赖程度；
■ 省去了加工复杂，价格昂贵的行星差速器，极大地降低了机械成本，具备竞争优势；
■ PLC控制程序，变频器参数设置非常简化，汇川技术提供完整的技术服务平台，遍布全国的服务网络和服务专家，可以及时响应用户的服务请求。

1 引言
　　治污设施运行监控系统是对治污设施的运转情况进行连续监控和记录的网络化监控平台。
　　污染源自动监控是环境执法、科学管理的重要手段。污染源自动监控系统的建设和管理依托环境监测、自动控制、计算机、电子、通信等多个领域的技术，是一项复杂的系统工程。
　　污染源自动监控系统可分为数据收集子系统和信息综合子系统。
　　数据收集子系统是污染治理设施的组成部分，包括在污染源现场安装的污染物排放监控监测仪器（COD、TOC、PH等水污染物在线监测分析仪，二氧化硫、烟尘等气污染物在线监测分析仪）、liuliang（速）计、污染治理设施运行记录仪（黑匣子）和数据采集传输仪（用于数据的存储、加密，数据包转发、接收以及报警、反控）等自动监控仪器。简称现场机。

图1 系统结构

　　信息综合子系统包括计算机信息终端设备、监控中心系统（污染源自动监控中心信息管理软件和数据库等）。简称上位机。
　　本文介绍采用LM系列小型PLC作为现场机收集现场数据，并通过GPRS通讯网络与上位机通讯，终实现上位机在线对现场污染源的监控。

2系统介绍
　　2.1 系统描述
　　由对污染源主要污染物排放实施在线自动监控（监测）的自动监控监测仪器设备和监控中心组成，简称系统。
　　2.2 系统结构
　　污染源自动监控系统从底层逐级向上可分为现场机、传输网络和上位机三个层次。上位机通过传输网络与现场机交换数据、发起和应答指令。
　　上位机通过传输网络和现场机相互作用，并获取现场数据，具体有两种操作方式：一是现场仪器仪表（以下通称监测仪器）本身具有较强的通信功能，监控现场只有一台仪器，可直接操作现场监测仪器，取得监测数据，执行控制动作，并接收告警信息；二是上位机不直接与监测仪器通讯，而是与数据采集传输仪通讯，数据采集传输仪下接监测仪器。

图2 系统结构

　　2.2.1 现场机
　　安装在污染源排放口现场，用于监测污染源排污状况及完成和上位机的数据通讯传输的单台或多台设备及设施，它是污染治理设施的组成部分，包括在污染源现场安装的污染物排放监控（监测）仪器、liuliang（速）计、污染治理设施运行记录仪和数据采集传输仪等自动监控仪器。
　　2.2.2 传输网络
　　基于TCP/IP 的和非基于TCP/IP的传输网络及之上的连接。数据传输通讯协议在基于不同传输网络（该传输网络被称为基础传输层）的现场机和上位机之间提供交互通讯。应用层依赖于所选用的传输网络，在选定的传输网络上进行应用层的数据通讯，在基础传输层已经建立的基础上，整个应用层的协议和具体的传输网络无关。
　　2.2.3 上位机
　　安装在各级，有权限对现场机发出查询和控制等本规范规定指令的数据接收和数据处理系统。包括计算机信息终端设备、监控中心系统等。

3 数据采集仪工作原理及功能
　　数据采集仪通过数字通道、模拟通道、开光量通道采集检测仪表的检测数据、状态等信息，然后通过传输网络将数据、状态传至上位机；上位机通过传输网络发送控制命令，数据采集传输仪根据命令控制检测仪表工作。
　　数据采集仪通过GPRS无线方式与上位机通讯，数据采集传输仪能通过串行口与具备标准透明传输的无线模块(GPRS DTU模块)连接。
　　数据采集传输仪从功能上可分为数据采集单元、数据存储单元、数据传输单元和显示单元等。
　　3.1 现场数据和设备运行状态检测功能
　　污染物排放数据监测：应能实时采集在线监测仪检测的污染物排放数据。超标后能自动报警。
　　治污设施运行监测：对某台设备的监控不应局限于单参数的监测，若有可能，应进行多状态监测，以具有可参照性、逻辑判断性，能进行有效的监测。
　　检测设备运行状态监测：应能自动监测在线监测仪、自动采样器等现场仪表、设备的运行状态（运行、停止或故障等）。
　　工作环境监测：应能监测现场监测站的运行环境参数（如温度、湿度）、安防报警等信号。
　　3.2 远程设置和控制
　　应能及时响应监控中心发来的限值设定、仪器调校及启停等操作指令，实现远程操作控制。
　　3.3 数据传输功能
　　应能按照以下几种方式，实现与监控中心的数据实时通信：
　　应答上传：对监控中心发出的数据呼叫请求能及时响应上传；
　　定时上传：能根据设定的间隔时间定时上传现场数据给监控中心；
　　异常主动上报：当出现污染物超标、治污设施停止运转、现场设备故障等异常情况时能主动上传给上一级监控中心。
　　3.4 数据及时间记录储存功能
　　能连续存储现场3个月以上的检测数据和操作记录、报警记录、停电记录等事件数据，新数据可以覆盖早时间数据。采集存储间隔时间可灵活设置。

4 监控系统组成
　　4.1 监控系统方案配置
　　控制系统现场数据存储显示采用和利时HT6720T系列触摸屏，下位机CPU选用和利时LM3109 PLC控制器；触摸屏通过扩展的LM3331通讯模块走RS232串口线通过标准MODBUS协议与CPU进行通讯。现场数据采集仪表通过直接模拟量输入借口或RS485通讯的方式和CPU之间交换数据。现场机和上位机通过GPRS串口透明传输模块以无线方式交互控制方式。

图3 系统配置图

　　4.2控制系统硬件
　　4.2.1 GPRS串口透明传输模块
　　GPRS串口透明传输模块支持900/1800 MHz系统，提供RS-232接口，支持各种非TCP/IP终端设备数据的透明传输，如各种数据采集设备、图片监控设备、POS/ATM终端、PLC设备等，可广泛应用于数据采集、安全监控、数据记录、遥感勘测、POS/ATM等各种串行数据端口的远程设备与中心服务器的连接和数据通信。
　　4.2.2 PLC选型
　　本系统采用LM系列PLC控制，配置1个CPU模块LM3109、1个6通道模拟量输入/2通道模拟量输出/1路MODBUS slave通讯模块和1个8通道模拟量输入模块LM3313。
　　1）CPU模块：LM3109模块的额定工作电压为AC220V，自带40点I/O，提供24路DC24V输入/16路继电器输出处理。具有1个RS232和1个RS485通讯接口，支持专有协议（仅RS232）/Modbus RTU协议/自由协议。
　　2）通讯扩展模块：LM3331额定工作电压24VDC，提供6路电压/电流信号输入、2路电压信号输出处理和1路MODBUS通讯，支持MODBUS RTU从站协议（功能码01/02/03/04/05/06/15/16），通信接口RS232/RS485可选。
　　3）模拟量扩展模块：LM3331模块提供8通道模拟量输入通道，输入范围-10V-10V、-20mA-20mA可选，精度可达0.5%FS。主要完成现场模拟量的输入、采集与处理工作。
　　4.2.3 显示单元
　　显示单元采用和利时HT6720T系列触摸屏，配以监控组态软件来完成。能显示所连接检测仪表的实时数据、小时均值、日均值和月均值，也能显示污染物的小时总量、日总量和月总量。图4-图5为显示单元监控画面。

5 结束语
　　本文介绍了基于GPRS网络技术的PLC远程监控技术应用于污染源在线监控系统的设计方案，并给出了数据传输实时性和可靠性关键问题的解决方法，通过应用GPRS无线通信技术，实现了PLC远程实时监控和调试。系统采用GPRS网络具备较好的数据传输安全性，使数据传输抗干扰能力更强，保证了系统的可靠性，该方案使控制系统有机地成为企业整个IT架构的一部分，tigao企业的经济效益。同时，本文对远程数据传输以及其它无人值守的系统均有一定的实用价值和指导意义。