西门子模块6ES7222-1HF22-0XA8支持验货

西门子模块6ES7222-1HF22-0XA8支持验货

5.1测量系统的组成
　　测量系统中被试电机侧的电参数、负载电机侧的电参数和变频机组的频率都必须传输到上位机，在组态界面上实现数据监控。
　　上面那些参数必须通过传感器和互感器测量，如主回路中用到的电压互感器用于测量电压，电流互感器用于测量电流。把测得的数据必须传输到上位计算机进行监控。有些参数如温度等必须通过传感器测量。
　　基于上面的考虑设计测量系统的基本框图如图5.1所示：

5.2 数据采集及处理系统原理和组成
　　信号采集系统如下图5.2所示，它由传感器、信号处理电路、A/D板、扭矩仪、工控机等组成。被试电机带动负载电机，被试电机与负载电机之间接有转速传感器以测试在不同的施加负载下电机输出的转速、转矩和功率。3只电流传感器用于检测三相电流；3只电压传感器用于检测电机的有功功率；一只三相无功功率传感器用于检测电机的无功功率。还设置了温度传感器用于检测电机温升。模拟信号又信号处理电路处理后，分两路，一路送数字仪表显示，另一路又A/D板采集后送工控机进行处理和组态监控。转矩转速传感器检测信号由微机扭矩仪显示并通过RS-485串口送至工控机。信号采集处理由传感器、信号处理电路、A/D板、扭矩仪、工控机共同完成。值得说明的是，功率因数、电机的输出功率、电机效率不是直接测量出来的，而是通过以上参数运算间接获得。
　　以下对上述框图中主要硬件模块的作用分别予以简要介绍。
　　A/D采集卡　A/D采集采用AC1820 高速数据采集卡。该卡提供16路单端输入12位A/D转换,A/D转换速度快可达800kHz。该卡采用板上RAM 存储方式,板上RAM为128K字,可以脱机采样,适合bbbbbbS系统的应用。该卡的以上特点完全能够满足高压电机试验的各项要求。
信号处理电路　它的作用是将各传感器的输出信号转换成为0～±5V的电压,以便A/D采集卡采集和计数。也为A/D采集卡提供适当的保护。

　　本文设计中采用青岛青智公司的数字电参数测量仪（自带RS-485接口）测量，它能够替代图5.2虚线框中的模块。
　　它的型号为8901F～8905F。它的工作原理：被测量的电压、电流信号变换成较小的电压信号，送到高速模拟数字转换器，使之转换成单片机可以处理的数字量。单片机对采集到的数字量进行运算处理，并将终计算的结果以数字的形式显示出来，或通过打印机打印出来，或以串行通讯形式将数据传送给其他设备。
　　与传统指针式仪表相比，数字电参数测量仪具有以下优点：
1.所测信号数值为真有效值；
2.直接数字显示，无读数误差；
3.对于波形失真的信号同样适用；
4.用一台仪器可以测量多个参数。
　　扭矩仪采用兰光NJY-20扭矩仪，结构原理如下：
　　将待测产品固定在NJY测试仪的夹具上，该夹具与一个高精度的扭矩传感器紧密连接，通过操作者手旋瓶盖，传感器将手旋扭矩转换成相应的电压信号，后由单片机接收并分析处理，后出具试验结果。
　　电参数测量仪与工控机的硬件连接如图5.3所示：

　　在系统设计中，一般工控机的串行口有3个，两个RS-485和1个RS-232。如系统用于实际试验中时，若串行口不够，可考虑扩展。顺便提一下，电参数测量仪与上位机的通讯还要有软件设计（如通讯协议等）。由于实验条件有限，在通讯方面，主要实现了PLC与上位机的通讯。
5.3 电流互感器和电压互感器的选择
5.3.1 电流互感器的选择
1)电流互感器的选择原则
　　保护用电流互感器的性能应满足继电保护正确动作的要求。应保证在稳态对称短路电流下的误差不超过规定值。对于短路电流非周期分量和互感器剩磁等的暂态影响，应根据互感器所在系统暂态问题的严重程度、所接保护装置的特性、暂态饱和可能引起的后果和运行经验等因素，予以合理考虑。如保护装置具有减缓电流互感器饱和影响的功能，则可按照保护装置的要求选用适当的互感器。
　　在本系统中，系统在进行空载和负载试验时，由于被测电机的容量和负载可在一个较大范围内改变，电机的电流变化的范围很大，从几安培到几十安培甚至几千安培。这给电流测量带来了精度和量程选择的问题。当然，电流的测量一般选用电流互感器，在本系统中，电流仍通过电流互感器来测量。
　　电流互感器是按电磁感应原理工作的，主要由铁心、一次绕组和二次绕组等几个部分组成，电流互感器的一次绕组匝数很少，使用时一次绕组串联在被测线路里。而二次绕组匝数较多，与测量仪表和继电器等电流线圈串联使用。
　　按额定变流比选择（一、二次额定电流之比），其中一次电流是按长期运行能满足允许发热条件确定的。我国国家GB1202-97《电流互感器》中额定一次电流标准值。已对一次额定电流规定了系列化标准。有从1A至25000A等不同规格的电流互感器可供选择。
　　考虑到电流的变化范围必须要用到多组电流互感器。在本文中有代表性的选用了两组电流互感器，变流比分别为5/5、30/5，等级精度均为0.2。在实际试验过程中根据实际情况会用到更多的电流互感器。

5.3.2 电压互感器的选择
　　电压互感器按其工作原理可以分为电磁感应原理可以分为电磁感应原理和电容分压原理两类。常用的电压互感器是利用电磁感应原理工作的，它的基本构造与普通变压器相同，主要由铁心、一次绕组、二次绕组组成。它一次绕组匝数较多，二次绕组匝数较少，使用一次绕组与被测量电路并联，二次绕组与测量仪表或继电器等电压线圈并联。
　　在系统中选用JSJW-10型电压互感器，它为三相三绕组五铁心柱式油浸电压互感器，额定电压为10KV，供测量电压、电能、功率、继电保护、功率因数及绝缘监督使用。

6.1 展望
　　由于时间和条件的限制，系统的设计有很多方面需要改进：
　　1)在PLC和组态王通讯过程中，由于实验室设备和条件的限制，在通讯方式上只能采用RS-232通讯，如果在现场系统通讯中可以考虑采用RS-485接口。
　　2)在本系统中，PLC与上位机的通讯固然重要，电机测量的有些参数必须通过数据采集系统传输到上位机，怎样能在组态界面上显示出来，是一个非常重要的问题。在系统组态界面上，电流、转速等没有显示，考虑通过板卡传输过来，把板卡插到工控机的主板上，与外部智能仪表相连，并且在组态王工程浏览器中新建板卡，并且选择对应智能仪表的型号，这样数据就可上传。方便组态实时监控。
　　3)在此课题设计中，由于时间及条件的限制，只完成了系统设计的主要部分，在电机实际测试中，还必须要有对电机性能的评判，这就需要用到电机测试专家系统，对电机性能进行诊断。专家系统包括知识库、推理机、数据库等组成。
　　4)在实际试验中，要实时监控PLC的工作状态，可采用VB6.0实现组态王软件实时监控可编程控制器PLC。一般采取的方法是：利用VisualBasic提供的串行通讯功能,实现与可编程控制器PLC之间的通讯,再利用VB的DDE功能完成组态王与VisualBasic之间的动态数据交换。 这样就把从可编程控制器PLC采集到的外部信号通过Visual Basic间接动态地显示在组态王界面上。结构框图如下：

　　数字信号处理、系统辨识、专家系统是以后电机测试的发展方向，随着电机种类的变多，功能增多、加强，对电机的测试要求也越来越高，而这些分析方法对电机的状态有深入的分析，获取的信息大大增加，能够发现传统方法所不能发现的问题。
　　我国的电机试验系统的研制会慢慢走向成熟，对高压电机、微特电机系统测试将更加智能化、自动化。
6.2 结束语
　　本系统利用低压机组成功实现了10kV高电压电机的负载试验，由于时间和条件限制，没有在实际中得到现场测试，此系统设计完整，包括软件和硬件，构成了一个智能测试系统。工控机作为上位机，提供了良好的人机界面,进行全系统的监控和管理,PLC作为下位机执行可靠有效的分散控制,并且成功的实现了组态王和三菱PLC之间的正常通讯，按照我们设计的空载和负载软件流程图在组态界面上模拟了PLC对主回路的控制，动画效果和顺序控制良好。
　　在设计过程中，无论从硬件选择和软件编程方面，都出现了或多或少的问题，主要源于工程经验不足，考虑问题不周全，加之工作现场条件有限，可供参考的文献资料缺乏。经过反复修复和调试，达到了预期的目的，基本上完成了所选课题的任务。
　　在本课题的设计过程中，理论和实践两方面的分析问题、解决问题的能力都得到了锻炼和提高。由于时间和作者水平的有限，论文中必然存在不足之处，敬请老师批评指正。

1 引言
     在电网供电系统中，传统的供电故障报警一般采用报警烽鸣器、故障指示灯等硬件方式报警。这种方式对于量大面广的供电网存在明显的弊端。例如故障报警分散，人工巡逻检查造成人力资源浪费，且报警、维修不及时；故障报警点太多则需要大量报警器，且造成线路复杂化；硬件报警得到的故障信息太少等等。随着计算机和自动化技术在工厂中的大量应用，可以将故障信息通过PLC进行初步监控，再由PLC上传到计算机中，由计算机处理故障信息，进行报警、记录、显示故障信息。具有可进行集中监控，节省人力，故障信息直观、丰富，便于分析等优点。

2 系统介绍
本项目系统由PLC检测48个故障继电器的状态变化，上位机PC定时查询并读取PLC内部4个通道61位的状态信息（包括48个输入点和13个归类输出点），进行分析并用数据库加以管理和记录。程序采用VisualBasic6.0开发，数据库采用Microsoft的Access2003。

图1 报警监控画面（正常状态）

如图1所示，每个故障点按照对应的位置标识于车间电路分布图上。程序运行进入监控状态以后，PC将检测与PLC的通信连接。如果通讯连接正常，程序将检测现场信号变化。如果信号由正常变为报警，对应指示灯及总状态指示灯将闪烁并声音报警，右上方显示故障信息，运行状态信息及故障信息将存入数据库。单击闪烁指示灯，将停止闪烁，并显示当前状态，报警为红色，正常为浅黄色；如果信号由报警变正常，对应指示灯停止闪烁，运行状态信息及故障修复信息将存入数据库。当前状态由红色变为浅黄色。如果要查看各个节点信息，则单击指示灯，右上方图框会显示该节点的位号，对应PLC位以及该报警点名称和触点状态。右上方文本框显示当前系统总运行状态，有相应的指示灯标示，分为“正常”和“报警”两种状态，红色为报警绿色为正常。
报警时画面如图2所示。

图2 报警监控画面（报警状态）

3 监控系统构成
3.1 系统结构
系统配置如图3所示。

图 3 系统结构

本系统主要由上位机PC和下位机PLC组成，监控48个故障点并将其分为13大类，将故障信息显示在计算机屏幕上。PLC使用的是欧姆龙的C200H，采用3个输入模块，一个输出模块，一个通讯模块。将故障继电器两端引出作为PLC的干接点，通过输入模块将故障信息转化为开关量输入PLC，并由PLC对故障进行分类，PLC通过RS232-422转换器和RS232C串口与上位机通信，由上位机读取并处理故障信息进行监控报警。
3.2 软件设计
本系统PLC的编程使用CX-ProgrammerV3.1编写，实现PLC对故障继电器的初步监控；上位机监控使用VisualBasic6.0编写主监控程序，实现故障实时监控报警、显示、记录、故障点信息查询修改以及运行状态查询等功能。
（1）PLC程序：该程序包括三个输入模块和一个输出模块，用于对48个故障信息的采集和分类，并对PLC后备电池状态监控。
将故障信息转存到20通道：

将故障分类：

PLC后备电池状态转存至23通道：

（2）上位机程序：主要负责与PLC进行串口通信，读取PLC内部通道状态加以分析，在主界面上实现故障报警、显示、故障点信息查询、故障信息记录查询以及节点信息修改查询等功能。上位机PC与PLC通讯时，按应答方式进行，由上位计算机发给PLC一组ASCⅡ码字符数据，这一数据称为命令块。PLC收到命令块后经分析认为命令正常，则按照命令进行操作，将操作结果返回给上位计算机，PLC返回给上位计算机的这一组数据称为响应块。若PLC收到命令后经分析确认命令不正常，则返回给上位计算机错误命令响应块。上位计算机和PLC通讯时，PLC是被动的，必须由上位计算机给PLC发出命令块，PLC作出响应发还给上位计算机响应块。
本程序采用多重通讯方式，多重通讯时首帧以单元号（即HOSTbbbb的机号）开始，为报头、报文、校验码、结束符（只有一帧时）或分隔符（多帧时）。中间帧以报文开始，为校验码、分隔符，中间帧报文每帧多125个字符。尾帧以报文开始，为校验码、结束符，尾帧报文多124个字符。
校验码FCS（Frame CheckSequence）是8位（bit）二进制数转换成的2位字符。这8位二进制数是一帧中校验码前的所有字符的ASCⅡ码按位异或的结果。转换成字符时按照2位十六进制数字转换成对应的数字字符。
PLC收到上位计算机发出的命令块后，经分析操作返回给上位计算机响应块，在响应块中含有响应码。如果PLC正常完成上位计算机的命令，则响应码为00，否则，响应码中含有出错信息。

（3）上位机PC与PLC的串口通信程序设计。
Timer2的值设为2000，即每隔2s上位机PC向PLC发送一次读取命令，读取信息。
Private Sub Timer2_Timer()
Dim a(10) As bbbbbb
a(0)="@00RR00200004" ’单元号和报头报文
a(1)=FCS(a(0)) ’命令格式中的校
验位
a(2)=a(0)+a(1)+"*"+Chr$(13)
’命令码
MSComm1.Output=a(2) ’向PLC发送命令
a(3)=MSComm1.bbbbb
a(4)=Mid$(a(3),6,2) ’响应码
Call Message(a(4)) ’调用响应码的错
误信息
If errortime > 3 Then
Timer2.Enabled=False
intr=MsgBox(“通讯错误，是否退出检查连接？”,vbYesNoCancel+vbExclamation,“通讯连接中”)
If intr=vbYes Then
………
Else
………
End If
End If
’如果通讯连接正常则读取数据：
a(6)=Mid$(a(3),24,2) ’响应块中的校验码
a(7)=Mid$(a(3),1,23)
a(8)=FCS(a(7)) ’计算校验码
If a(8)=a(6) Then ’比较校验码是否相同
a(9)=Mid$(a(3),8,16)
a(10)=Hex2Bin$(a(9))
z=a(10) ’得到PLC内部通道数据
Else
MsgBox (“校验码不正确”)
………
End If
（4）校验码计算函数设计
Function FCS(ByVal bbbbbstr As bbbbbb) As bbbbbb
Dim slen, n, xorresult As Integer
Dim tempfcs As bbbbbb
slen=Len(bbbbbstr)
xorresult=0
For n=1 To slen
xorresult=xorresult Xor Asc(Mid$(bbbbbstr, n, 1))
Next n
tempfcs=Hex$(xorresult)
If Len(tempfcs)=1 Then
tempfcs=“0”+tempfcs
End If
FCS=tempfcs
End Function
将响应码中的数据转换为二进制数据：
Function Hex2Bin$(HexValue$)
ConstBinTbl=“0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111”
Dim X,Work$
Work$=“”
For X=1 To Len(HexValue$)
Work$=Work$+Mid$(BinTbl,Val(“&h”+Mid$(HexValue$, X,1))*4+1,4)
Next
Hex2Bin$=Work$
End Function

4 监控程序完成的功能
4.1 监控程序功能
故障信息及节点查询参见图4。PLC电池故障显示参见图5。数据库将记录系统运行状态，记录故障发生的时间及相关信息，故障修复的时间及相关信息并提供查询功能参见图7。可以查看主界面上位号所对应的PLC位、名称、触点状态等信息以便于故障分析，参见图8。系统运行总状态指示如图6所示。

图 4 故障点信息显示

图 5 PLC后备电池故障显示

图 6 系统运行状态指示

图 7 数据库查询

图 8 位号对应信息查询

5 结束语
本系统是为齐鲁石化氯碱厂生产车间设计的电路故障报警系统，现已投入运行。在实际应用中提供了真实可靠的生产实时数据，运行情况良好。为企业减少了人力资源浪费，化工厂生产车间环境较差，改善了工人的工作环境降低了工作强度，并实现了集中监控。本系统的可扩展性也很好的适应了车间改良的需求，可根据用户的要求增加监控点并将本车间故障分类输出到上一级监控站，受到了用户的好评