6ES7212-1AB23-0XB8现货充足

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  发电机是电力系统的重要组成部分，它的可靠运行对于保证电力系统的稳定具有重要意义。发电机故障录波装置所记录的数据为工作人员正确分析发电机故障原因，研究事故对策，及时处理事故提供了可靠的依据，根据故障录波数据还可以分析系统的故障参数、各电气量的变化规律，进行故障定位等，这些对于保证电力系统的安全可靠运行起着十分重要的作用。可编程控制器（ProgrammableLogicController，简称PLC）作为工业控制专用的计算机，由于其结构简单、性能优良，抗干扰性能好，可靠性高，在机械、化工、橡胶、电力等行业工业控制现场已日趋广泛地得到应用，成为工控现场进行实时控制的主要的控制装置。本文介绍一种利用可编程控制器和扩展模拟量模块实现发电机故障录波的方法。

   2、系统的组成和工作原理

   系统的组成框图如图1所示，由上位计算机和1套PLC测控系统组成。PLC通过外部变送器、互感器与发电机组相连，发电机机端电压U、定子电流I为三相交流电，分别经电压互感器（PT）和电流互感器（CT）转换成三相100V、5A的二次信号，发电机转子励磁电流经过分流器RS转换成75mV信号，再经过三相功率（含有功、无功）变送器、三相电压变送器、直流电流变送器转换成与其成比例的0～10V电压信号后输入到PLC的模拟量模块。模拟量经过A/D转换，根据互感器、变送器的变换比例计算出机端电压U、转子电流If、有功功率P和无功功率Q的等机组运行量。PLC每隔20毫秒采样一次，每40毫秒将采样的数据保存到故障数据区中。当发生故障后，PLC记录下故障发生以后的13秒数据，故障数据记录过程结束。当PLC接收到上位机发送来的传送命令时，PLC将记录的故障数据通过串口通讯传送给上位机。上位机将数据完整的接收下来，经过数据处理显示出机组运行量U、If、P、Q、Ug（电压给定）在故障前7秒、后13秒的波形曲线，这样就可以对发电机故障进行分析了。在本系统中，PLC选用SIMATICS7-226；模拟量模块选用与S7-226配套的产品EM235；PLC与计算机之间通过PC/PPI电缆连接以串行方式进行通讯。

图1 发电机故障录波系统框图

   3、下位机程序设计

   PLC属于下位机，其程序共分为3个模块，它们是初始化子程序、录波子程序和通信子程序。以下将分别说明各模块的设计思想。

    3.1 初始化子程序

   初始化子程序包括初始化自由口通信参数，设置接收命令RCV启动和结束条件，数据指针赋初值，连接20ms采样、接收和发送中断。

    3.2 录波子程序

   录波子程序在20ms采样中断中调用，负责记录机组运行量U、If、P、Q、Ug在故障前7秒、后13秒的数据。

   在PLC中定义一个连续的数据区VW4000～VW8998，用来保存故障数据。每个运行量的数据占用1000字节的数据块，地址分配如下，U：VW4000～VW4998If：VW5000～VW5998 P：VW6000～VW6998 Q：VW7000～VW7998Ug：VW8000～VW8998。

   录波子程序每隔40毫秒将采样的数据送到各自的数据块中。为每个数据块定义一个数据指针，其初始值分别指向各数据块的首地址。每传送一次数据，各指针向下移动2字节。故障前7秒数据（350字节）是循环记录的，即如果在故障到来之前数据已存满，各数据指针将重新指向数据块的首地址。定义指针index用来记录20秒故障数据开始的位置。当故障到来时，数据指针指向故障后13秒数据（后650字节），此时指针index将前7秒数据分为前后两部分，正确的顺序是将前后两部分交换过来。当后13秒数据记录完后，录波子程序结束。程序流程图如图2所示。

 
图2 录波子程序流程图

  3.3通信子程序

   通信子程序负责与上位机通信，将存储在数据区的故障数据通过串口分批传送给上位机。上位机每发送一次传送命令（用整数255表示），PLC在接收中断程序中判断收到的字符是否为传送命令，如果是则将传送命令标志M6.0置位并且在主程序中调用通信子程序。

   定义指针tran_pointer用来指向待传送数据的首地址，其初值为&VW4000，即指向数据区首地址。定义变量count用来记录传送的次数。在通信子程序中，停止自由口的接收，将以指针tran_pointer为首地址，大小200字节的数据传送到发送缓冲区中，接着用发送命令通过串口发送出去。每发送一次数据，将指针tran_pointer向下移动200字节，变量count值加1，M6.0复位。当上位机发送完第26次传送命令时，PLC中数据区VW4000～VW8998的5000个字节已发送完毕，再将额定电压、额定电流、额定有功功率、额定无功功率和指针index发送出去，count值清零，指针tran_pointer重新初始化，M6.0复位。至此，一次完整的故障数据传送过程结束。
   
   4、上位机程序设计

    上位机程序设计是以Visual Basic 6.0 为平台，利用MSComm控件，以事件驱动方式实现计算机与PLC之间串行通讯，完成数据间的交换。上位机程序包括用户界面设计、通讯和数据处理程序、显示程序等。

    4.1 用户界面设计

   本系统中，设计了两个窗体（bbbb1和bbbb2）。其中bbbb1为主界面，bbbb2为波形显示界面。在bbbb1中设计了一个MSComm控件、一个定时器控件（Timer1）和两个按钮控件（Command1和Command2）。其中Command1是开始按钮，即按下时开始和PLC通讯，读取其中的数据。Command2是显示按钮，即按下时调用窗体bbbb2，显示每个运行量的波形曲线。在bbbb2中设计了一个图片框控件（Picture1），用来显示图形。

    4.2 通讯和数据处理程序设计

    设置Timer1的Interval属性等于500，MSComm的bbbbbMode属性为二进制方式，RThreshold属性等于5010。定时器每隔500毫秒发送一次传送命令，当发送到第26次时，关闭定时器，这时接收缓冲区将收到5010个字节的数据并触发MSComm的OnComm事件。在OnComm事件子程序中，将接收缓冲区中的数据依次分配到全局数组U_data、If_data、P_data、Q_data和Ug_data中，再根据各运行量的额定值计算出百分比值。各个数组的前350字节需要根据指针Index进行调整，具体方法是将数组下标范围Index～349的数据移到前面，下标范围1～Index-1的数据移到后面。

    4.3 显示程序设计

   在窗体bbbb2的装载事件bbbb_Load中编写图形显示程序。在图片框控件Picture1中设置自定义坐标系。设置ScaleMode属性值等于3，即以象素为度量单位。在该坐标系下画出坐标轴。X轴以秒为单位，曲线上两点间的时间间隔是40毫秒，换算成象素等于1.47。Y轴以百分比为单位，每个单位刻度换算成象素等于2.1。后根据数组U_data、If_data、P_data、Q_data和Ug_data分别画出相应运行量的波形图。以机端电压波形为例，给出编写的程序如下：

    Picture1.DrawWidth = 1 ‘线宽为1
    Picture1.CurrentX = 0 ‘指定当前坐标的位置
    Picture1.CurrentY = U_data（0） ＊ 2.1
    For i= 1 To 499 ‘画出曲线
    Picture1.Line -（1.47 ＊ i， U_data（i） ＊ 2.1），vbBlue
    Next i

   5、系统的运行与实验结果

   在系统运行前，要对PLC的通讯参数进行设置，包括波特率、校验方式、数据位位数和停止位位数等，此设置要和上位机一致。在S7-226中使用自由口模式和上位机进行串口通信时，可以通过特殊寄存器SMB30（端口0）或SMB130（端口1）来设定。下面以发电机空载停机实验为例说明系统的运行过程。

   当发电机在正常空载下停机时，PLC检测到停机信号，将故障标志置位，记录下停机后13秒的数据。运行上位机程序，在主界面上按下“传送”按钮后，上位机开始读取PLC中数据。等到程序提示“数据传送完毕”后，按下“显示”按钮，将弹出“波形显示”窗口如图3所示。从图中可以看出，该曲线较好的反映了发电机停机前后机端电压、励磁电流的变化。

 
图3 波形显示窗口

   6、结束语

   此系统已经成功应用于中、小型同步发电机励磁系统中，通过发电机的动态模拟实验和实际中的应用来看，该系统性能可靠、操作方便、界面友好，能够较好地满足电力系统对于故障记录、故障分析的需要。

   一般情况下，采用微机控制或以微处理器为内核的工业嵌入式发电机励磁调节器较容易实现发电机运行参量的故障录波，采用PLC作为发电机励磁调节器的硬件平台，具有应用成本低、运行可靠性高但程序设计难度大的特点，其内部成功地嵌入发电机重要运行参量的故障录波具有较大的实用价值，尤其适用于目前大量开发的中小型水力发电站的水轮发电机组，对于保证发电机组的安全、稳定、可靠运行具有重要的意义。

 4、系统软件设计

    系统软件包括PLC控制软件和触摸屏软件两部分。

   PLC具有丰富的编程指令，软件设计环境良好，可采用梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）和指令表（IL）等基本的编程语言。本系统采用梯形图编程，编程软件为FXGP，先利用计算机（PC）进行编程和调试，调试成功后通过接口电缆将控制程序下载到PLC中。

   PLC程序主要包括主程序和分段上升、分段下降子程序等，其中分段上升、分段下降子程序主要是使细钢管按测试要求分七段进行上升和下降，以便测试不同水位高度时传感器输出的频率大小，从而判断水位传感器的质量好坏。图3为PLC程序控制流程图。

图3 PLC程序控制流程图

   PWS6600S触摸屏画面由专用支持软件ADP6.0进行设计组态，先在个人计算机上用该软件设计窗口、菜单、按钮等界面，设计完成后通过RS232串行口将程序下载至PWS6600S触摸屏内存中，由PLC对触摸屏状态控制区和通知区进行读写达到两者之间的信息交互。PLC读触摸屏状态通知区中的数据，得到当前画面号，而通过写触摸屏状态控制区的数据，强制切换画面。触摸屏加电后就进入设计画面，通过触摸屏按钮可显示和修改PLC数据存储器的数据，实现与PLC的通讯。

   整个画面由两部分组成：一部分为显示画面，主要包括系统画面、测试系统的运行状态、水位高度显示、振荡频率输出、显示每天的总产量等画面，如图4所示；另一部分为参数设定画面，主要用来设定工作模式、水位分段上升、下降的数值等，如图5所示。

图4 显示画面

图5 参数设定画面

   由于PWS6600S触摸屏具有较强的人机交互功能，以及简便的操作特性，简洁的界面和高可靠性，得到了较好的使用效果。

   5、结束语

   将PLC和触摸屏技术应用于水位传感器检测系统，使操作更加简便，速度、水位高度可按测试要求进行控制，极大地tigao了系统的可靠性和工作效率，控制精度高，操作性强，并可通过触摸屏观察PLC内部的工作情况和现场工况，核定相关参数，操作灵活、方便。

   本系统成功开发以来，已先后在多家为洗衣机生产厂家配套的水位传感器生产厂家投入使用，系统稳定可靠，经济效益十分明显，因其操作简单、实用性强，数据可实时监控等特点，受到用户的普遍好

1、引言

   目前，可编程序控制器（简称PLC）由于具有功能强、可编程、智能化等特点，已成为工业控制领域中主要的自动化装置之一，它是当前电气程控技术的主要实现手段。用PLC控制系统取代传统的继电器控制方式，可简化接线，方便调试，tigao系统可靠性。

   触摸屏是专为PLC应用而设计的一种高科技人机界面产品，由于操作简便、界面美观、节省控制面板空间、和人机交互性好等优点，近年来已越来越多地被应用于工业控制等领域。

   本文利用PLC和触摸屏技术研制了水位传感器测试系统，该系统主要用于进行洗衣机用水位传感器的质量检测，整个系统实现简单、稳定性好、自动化程度高，代替了以前的纯手动操作，较好地满足实际生产的要求，tigao了生产效率。

   2、系统控制原理及要求

   洗衣机用水位传感器的工作原理是将水位高度的变化转换成传感器内部膜片上压力的变化，从而导致传感器输出电感L的变化，将水位传感器输出电感与外部电路组成LC振荡电路，就可将电感的变化转换成振荡频率的变化，不同的水位高度通过水位传感器可以产生不同的振荡频率，后通过检测振荡频率与水位高度的对应关系，就可实现水位传感器的质量检测。

图1 控制系统原理框图

   图1为控制系统原理框图。测试系统要求能在不同的水位高度时，准确测量出由水位传感器组成的振荡电路的振荡频率，水位高度和振荡频率的测量精度要求较高，对测试系统的要求较高。

   作为主电机的直流电动机由PLC进行控制，电机实现PID调速，电机的输出通过减速机构与执行机构相连，后带动细钢管在水箱中上下移动来按检测要求控制管内水位高度的准确变化，通过编码器实现水位高度变化的实时检测，频率的实时检测由PLC的高速计数器来完成。控制命令的输入接PLC的输入端，PLC的输出端接执行继电器和工作状态指示灯等。

   系统中采用触摸屏作为人机界面，显示操作画面，进行参数修改和指令输入。通过触摸屏可实现水位上升、下降高度等参数的设定和修改，实现实际水位高度变化、输出振荡频率和总产量等的实时显示等，并可对工作进程进行实时监控。

   3、控制系统硬件组成

   根据水位传感器测试系统的工艺特点和控制要求，本系统选用三菱公司的FX1N-24MR基本型PLC，共有24点输入输出，其中14个输入点，10个继电器输出点，其环境温度、抗冲击、抗噪声等性能指标均能满足要求。

   图2为PLC控制系统硬件接线图。输入X0～X1为编码器的A、B相输出脉冲信号，X3为振荡频率信号，X4～X14为按钮、选择开关、限位开关和计数开始等信号，输出Y0～Y7分别控制继电器、信号指示灯等。

图2 控制系统硬件接线图

   水位高度的测量主要是通过编码器来完成，编码器的A、B相可向可编程序控制器的高速计数端发出脉冲，并通过高速计数器C251获得该脉冲的计数值。当电动机转动时，高速计数器的计数值就会不断累加。通过传动机构的合理设置，每个脉冲对应0.25mm的水位高度变化，通过编程计算，可以算出实际水位高度的变化。

   振荡信号频率的测量可利用PLC的高速计数器C253完成，通过编程，可以利用高速计数器C253在规定的时间内（如3s）对振荡信号的脉冲数进行计数，并将计数值取出并放在数据存储器D0中，那么将D0中的值除以3所得的值就是所要测量的振荡频率的大小。

   触摸屏选用台湾生产的性价比较高的PWS6600S，配备有5.7英寸高清晰度液晶显示屏，分辨率为320×240，通过一个RS232串口与PLC实现串行通讯。支持静态文字控件，支持on/off按钮、数值输入、画面按钮、数值显示、状态指示灯控件等动态对象，支持中文显示。

   当在静态文字控件中指定变量时，触摸屏能够在屏幕上实时显示与之相连的PLC中的变量值，这给工作人员实现系统监控和状态检测提供了较大的方便。

   当操作人员触摸数值输入控件时，PWS6600S自动弹出虚拟数字键盘，包括0～9等数字和清空、取消、删除和确定等。输入数字后按取消键取消可输入值，按确定键确定输入，虚拟数字键盘消失后，控件中的数字也就成为输入值，相应的PLC中对应变量也随之改变。

   当操作人员触摸on/off按钮、画面按钮、状态指示灯和数值显示等控件时，PWS6600S可以触发按钮按下、按钮弹起、画面切换、状态显示和数值显示等事件，操作人员可以进行清除数据、改变工作模式、选择屏幕画面等工作。