西门子模块6ES7223-1BH22-0XA8全年质保

西门子模块6ES7223-1BH22-0XA8全年质保

1 引言

　　为了达到自动化控制系统的灵活性和高效率性，许多plc厂商都开发出了opc通讯方式。西门子公司为s7-200系列plc开发了专用的opc服务器pc access，本项目选用opc方式实现wincc和plc之间的通信，实验证明该方式使用方便、实时性高。借助可视化编程软件visual basic方便快捷的数据处理功能，实现了实验室加热器各项参数的记录归档和曲线绘制。目前，该系统已成功投入运行使用。项目的开发背景是为能源动力实验室解决人工抄表和数据归档的繁琐性、低效率性问题。

2 系统组成和原理

　　加热器测试系统以西门子s7-200系列cpu224cn为主控制器，配合3个模拟量采集模块，采集实验室加热设备各个传感器和仪表数据，plc以自由口通讯方式和油耗仪进行通信，实现采集和控制功能。wincc以opc通讯方式和plc建立通信，为了实现更方便的数据归档、多个数据库操作，上位监控计算机采用visual basic进行编程，实现了计算机与可编程控制器的控制。系统结构图如图1所示。

　　转速表输出经简易运算放大电路板后接至cpu224的高速计数输入端i0.0，经程序处理后可采集到转速表的实时转速值。pc/ppi电缆连接plc和监控计算机，监控计算机上安装有s7-200编程软件、pc access通讯软件、上位监控软件wincc和数据处理编程软件visual basic。终的数据采集和处理都集中在visual basic中进行，在其开发环境下加入dmc控件，调用dmc控件的属性和方法即可读写wincc中的数据，终实现visual basic和s7-200的通信。借助visual basic方便且强大的数据库处理功能，实现能源动力实验室加热器的自动化控制。

3 软件设计

　　3.1 plc程序设计

　　（1）plc与油耗仪的自由口通讯：采用自由口通信方式时，s7-200上的自由口完全由用户控制，可以与任意协议已知的设备进行通信。s7-200用于自由口通讯模式定义的特殊标志字节有smb30和smb130，对应的接受信息状态有smb86和smb186，接受信息的控制字节有smb87和smb187。plc自由口通讯初始化子程序如图2所示。

　　（2）热电偶温度采集子程序（见图3）

　　（3）采集风扇转速子程序：对高速计数器编程的步骤有定义计数器和模式、设置控制字节、设置初始值、设置预置值、指定并使能中断服务程序和激活高速计数器。本程序配置高数计数器0，模式0，控制字节16#f8存于smb37中，初始值0存于smd38中，预置值10000000存于smd42中。循环自动计时周期性触发中断0，在中断事件号10中读取hc0的值，则转速=hc0*240。如图4所示。

3.2 通过pc access建立plc和wincc通信

　　pc access是西门子s7-200专用的opc服务器软件，可以于任何标准的opc客户端通信并提供数据信息。pc access软件自带opc客户机测试端，用户可以方便的检测其项目的通信质量及配置的正确性。在pc access中创建变量，注意地址一定要与plc中的变量一一对应。将创建好的变量拖拽到pc access集成客户测试端，当质量为“好”时，表示通信成功，再将变量导入到wincc中即可建立opc连接。

　　3.3 visual basic数据处理程序

　　安装完wincc之后，会在visual basic部件库中添加wincc dmc control控件，调用此控件即可建立visual basic和wincc通信。首先建立wincc对象，调用dmc控件的connect事件属性建立和wincc的通信，然后调用read事件周期性读取wincc中变量的值（如图5所示）。进入加热器实时测试中心（见图5），成功建立与采集中心连接，待油耗仪充满油之后，便可开始采集。系统将按照设定的采样周期采集各个检测量，并能自动启动油耗仪的测量程序。实时值可以显示在文本框中，也可绘制在监督图（见图6）上，同时数据将保存到后台数据库中，从而避免了手工抄表所带的一系列麻烦。

4 结束语

　　加热器测试系统经反复调试之后投入到能源与动力实验室运行使用，大大减低了实验室数据监控的劳动量，方便了实验室设备管理，同时为学院自动化实验室建设起了个带头作用。

1  引言

    电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域，在这些应用领域中，电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产生过流、短路、断相、绝缘老化等事故。对于应用于大型工业设备重要场合的高压电动机、大功率电动机来说，一旦发生故障所造成的损失无法估量。

电动机常见的故障可分为对称故障和不对称故障两大类。对称故障包括:过载、堵转和三相短路等，这类故障对电动机的损害主要是热效应，使绕组发热甚至损坏，其主要特征是电流幅值发生显著变化;不对称故障包括:断相、逆相、相间短路、匝间短路等，这类故障是电动机运行中Zui常见的一类故障。不对称故障对电动机的损害不仅仅是引发发热，更重要的是不对称引起的负序效应能造成电动机的严重损坏。因而，对大型电动机进行综合保护非常重要。 

    2  基于PLC的电动机综合保护 

    对电动机的保护可以分为以下几类:

    在电动机发生故障时，为了保护电动机，减轻故障的损坏程度，继电保护装置的快速性和可靠性十分重要。在单机容量日益增大的情况下，电机的额定电流可达数千甚至几万安，这就给电动机的继电保护提出了更高的要求。传统的继电保护装置已经无法满足要求，因此微机保护应运而生。 

    PLC是用来取代传统的继电器控制的，与之相比，PLC在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便、而且体积小、功耗低、使用维护方便。因此，本文研究了基于可编程控制器（PLC）的电动机综合监控和保护系统的方法。 

    3  系统硬件设计 

    3.1 系统的总体结构

    基于可编程控制器（PLC）的电动机综合监控和保护系统的总体结构如图1所示。 

    3.2 PLC机型选择及扩展

    选择PLC机型应考虑两个问题:

    （1） PLC的容量应为多大？

    （2） 选择什么公司的PLC及外设。在本系统中，包含以下输入输出点，见附表,本系统共包括12路开关量，7路模拟量。 

     SIMATIC S7-200系列PLC是由西门子公司生产的小型PLC，其特点是:SIMATIC S7-200系列西门子plc适用于各行各业，各种场合中的检测，监测及控制的自动化，S7-200系列的强大功能使得其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能，因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。

    S7-200 CPU 224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点,可连接7个扩展模块，Zui大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点;13K字节程序和数据存储空间;6个独立的30KHz高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出，具有PID控制器;1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力;I/O端子排可以很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器。根据系统的实际情况，结合以上特点，SIMATIC S7-200 CPU 224完全可以作为本系统的主机。

    CPU224可扩展7个模块，而其本身具有14输入/10输出共24点数字量，因此已无须数字量扩展模块。但由于有7路模拟量输入，故需选择模拟量输入模块。S7-200系列提供了EM231，EM232，EM235等模拟量扩展模块。根据以上技术数据，选择两个EM231作为模拟量输入模块，这样共可以扩展4×2=8路模拟量输入。 

    4  系统软件设计 

    4.1 主程序

    程序开始，从输入单元检测输入量，首先判断KM是否闭合，如果闭合，说明电动机已经处于运行状态，此时应无法按下启动按钮，若KM未曾闭合，则说明电动机处于停机状态，可以按启动按钮。接着判断启动按钮是否按下，若是，则继续下面的程序，若否，则重新检测。如果按钮已经按下，则检测电动机是否启动，若是，则继续下面的程序，若否，则转入欠压保护子程序，若是电动机已经启动，则判断起动是否成功，若是，则继续下面的程序，若否，则转入起动保护。如果电动机已经正常起动，则绿灯亮。接着判断停止按钮是否按下，若否，则继续下面的程序，若是，则程序直接结束，开始下一次扫描。

    如果停止按钮并未按下，即电动机仍然在运行中，则进行运行过程中的故障判断，首先检测是否发生短路故障，方法是:检测三相电流，再判断Imax是否大于整定值，若是则跳转至保护动作子程序段，电动机起动短路保护，警报响，并且短路故障指示灯亮。若否，则继续下面的程序。接着判断是否发生断相故障，方法是:检测三相电流，判断是否有某相电流为零，或者检测Umn，判断是否不为零，如果其中之一满足，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动断相保护，警报响，并且断相故障指示灯亮。若否，则继续下面的程序。接着判断是否发生欠压故障，方法参见欠压保护子程序说明。接着判断是否发生接地故障，方法是:检测 I0，若大于整定值则跳转至保护动作子程序段，电动机起动接地保护，警报响，并且接地故障指示灯亮。接着判断是否发生过负荷故障，方法是:检测三相电流，若到达整定时限后，电流仍大于整定值，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动过负荷保护，警报响，并且过负荷故障指示灯亮。若判断未发生过负荷故障，则程序完成一次扫描，再次从第一条开始，进行第二次扫描，所以结束是指一个循环的结束，并不是整个程序的结束。

    4.2 欠压保护子程序

    在该程序段中，采集A相和C相的电压量，求出其平均值，再与整定值相比较，若小于整定值，则跳转至保护动作子程序段，电动机起动欠压保护，警报响，并且欠压故障指示灯亮。若未发生欠压故障，则直接结束本次循环。

    4.3 起动时间过长保护子程序

    在该程序段中，采集三相电流量，若发现在起动过程中，电流大于整定值，或在整定时间到达后，电流仍大于另一整定值，则跳转至保护动作子程序段，起动时间过长保护动作，警报响，并且起动故障指示灯亮。 

    5  结束语 

    通过本系统设计、试验与运行，得到如下结论:

    （1） 利用PLC进行电动机综合保护硬件简单可靠。

    （2） 可以采用梯形图语言进行编程，简单易行。

    （3） 系统运行可靠，便于检修维护。

    （4） 由于采用集成综合设计，系统体积小、功耗低、使用操作方便。