西门子6ES7221-1BH22-0XA8库存充足
PCC（Programmable ComputerController）也称可编程计算机控制器。由奥地利B&R公司生产的PCC，集成了PLC和IPC的优势，既有PLC的高可靠性、易扩展性，又有IPC的分时多任务操作系统功能，运算能力强、实时性好、编程方便，PCC的CPU模块有独特的时间处理单元（TPU），可以在不增加主CPU负荷的前提下很好的解决水轮机调速器的频率测量问题，近年来在水轮机调速器领域得到了大量应用（见文献[1]）。
小湾水电站位于云南省凤庆县与南涧县交界的澜沧江上。电站装机容量4200MW，装机6台，单机容量700MW，水轮机组调速系统采用南瑞集团公司生产的SWT-2000H型双微机调速系统。微机调节器部分以B&R公司的PCC2005控制器为核心，机械液压部分以BOSCH公司的比例伺服阀作为电液转换单元，美国GE公司的FC20000阀为主配压阀，电源、控制模块、传感器、电液转换等均采用了双冗余配置，且采用了第三方智能切换单元作为仲裁机构，整个系统的硬件配置不仅性能超群，且可靠性极高。软件部分则采用了南瑞公司专有的变结构变参数改进型并联PID算法，拥有完全自主知识产权。
1、 调速器电气系统总体设计
小湾电站调速器微机控制部分就选用了B&R公司的2005系列PCC模块作为机组调速器的硬件主体，其中PS465作为PCC的电源模块，IP161作为调速器的CPU模块。该CPU模块功能强大，具有850KB SRAM，1.5 MB FlashPROM，2个RS232 接口，1 个CAN接口，12个数字量输入输出，还具有TPU功能，6个模拟量输入，6个模拟量输出，可以方便的完成对机组频率或电网频率的测量以及调速器的调节计算和控制输出。数字量输入模块DI476作为调速器开关量输入模块，数字量输出模块DO479作为调速器开关量输出模块，双机之间切换由一个智能切换继电器来保证，人机接口部分选用12英寸高亮度液晶触摸显示屏，作为控制系统的监控显示和操作界面。详细系统配置图见图1所示。下面是各模块详细资源分配：
CPU模件资源分配：
串口1：IF1，RS232，MODBUS通讯协议，和触摸屏通讯。
串口2：IF2，RS232，通过转换器转为485，MODBUS通讯协议，和监控通讯。
CAN口：双机系统通讯。
模拟量输入通道：共6路，其中导叶变送器1、2占用两路，功率变送器占用1路，水头变送器占1路，功率给定采样占1路，备用1路。
模拟量输出通道：共6路，导叶控制输出占2路，机组功率模拟输出占1路，备用3路。
测频通道：共4路，其中机组频率测量占1路，齿盘测频占2路，电网频率测量占1路。
开关量输入：共4路，引出备用4路。
开关量输出：共4路，引出备用3路。
开关量输入资源分配：
共16路，其中开机令、停机令、增加、减少、调相、主断路器、GIS断路器、中间断路器、导叶手动、功率调节方式、一次调频方式、综合模块故障、主从机状态、一次调频投入、一次调频退出占15路，备用1路。
开关量输出资源分配：
共16路，其中总故障、导叶采样故障、手动状态、一次调频动作、PCC运行、PCC调试状态、伺服阀故障、功率采样故障、频率采样故障、通讯故障、切换阀控制、切手动控制占12路，备用4路。
0、 调速器电气系统特点
由上述模块组成的调速器电气部分具有以下特点：
(1) 可靠的双机冗余热备系统：采用冗余配置可以大大提高机组调速器的可靠性。
小湾调速系统中所有的PCC模块均为冗余配置，组成的两个调节器之间通过CAN接口进行通信，可以保证两个调节器之间的信息冗余和相互切换时稳定工作。两个调节器又具有独立的供电电源和独立的反馈通道。通过两套PCC的采样模块采集信号，两套CPU各自处理采集的信号，一套处于主控模式，一套处于热备用模式，当其中一套发生故障或需要检修时，通过智能切换继电器使另一套立即自动投入工作，维持系统工况保持不变。
(2) 独特的第三方智能切换机构：如果冗余系统之间的无扰切换保证不了，那么势必
使双机冗余系统的可靠性大大降低，进行无扰可靠的切换是保证双机冗余系统可靠性的关键因素。小湾调速器选用的切换继电器是欧姆龙公司的ZEN可编程智能继电器，它实时监测两套PCC调节器的工作状态，在两个调节器都正常的情况下，按照运行人员的指令把系统的控制权授予相应的调节器；在一个调节器出现故障时，控制权自动授予另一个调节器，保证双机之间的无扰动切换。
(3) 强大的通信功能：两套PCC利用CPU模块上的CAN接口进行实时通信，保证
两套调节器之间的信息冗余；两套PCC和上位机显示屏通过Modbus协议进行通信，PCC和监控系统可以通过约定的通信协议进行通信，一般选用Modbus协议。
(4) 可靠的供电电源：采用两个24V开关电源分别对双套PCC进行供电，这两个开
关电源的输入均为220V交流和220V直流双路输入，并保证在较宽的输入电压范围内稳压输出。两个电源通过二极管的隔离处理对工控机显示屏供电。这样可以互不干扰，如果一套因电源模块损坏而无法工作将自动切除，备用机自动投入。
(5) 方便可靠的频率测量单元：普通PLC控制器没有内部时钟，测频一般采用高速计
数和外部扩展高频时钟的办法，精度和可靠性不够高。而PCC内部具有高达6MHZ的测量时钟，可作为测量基准，测频非常方便，硬件上只需要将测量信号滤波、整形处理成PCC能接受的方波信号，输入TPU通道，软件上调用相应模块即可实现。（见文献[2]）。
(6) 可植入嵌入式仿真系统：PCC提供了一种更适合完成复杂的工业控制和监视的自
动化编程语言AutomationBasic(AB)。它与C语言类似，并充分利用PCC的特点，使编程更简单、更灵活，小湾调速系统就利用AB编写了嵌入式水轮机仿真模型，具体方法是：采集当前导叶开度信号，通过建立的水轮机仿真模型计算出相应仿真转速输出，并利用高速TPU通道输出相应仿真频率，在试验室或现场机组不具备开机情况下，可联合液压执行机构，通过内置水轮机模型，完成机组开、停机、并网、甩负荷等试验。
1、 PCC水轮机调速器的现场应用
小湾电厂套调速设备目前已经安装完毕，但设备还没有投入运行，采用小湾相同配置的调速器电柜目前已经在云南澜沧江漫湾电厂投入运行5套，长已经超过1年，下图2到图5为漫湾3#机设备投产时的试验录波，从波形上看，空载频率扰动-4HZ，超调量为0，调节时间为13秒，空载频率扰动+4HZ，超调量为5%，调节时间为10秒。可见系统调节品质较高，数据均优于国标要求。从自动开机录波图看，机组转速从0到50HZ时间约51秒，导叶调节平稳，转速基本无超调，稳定性很好，便于机组快速并网。从甩负荷录波图看，不动时间约0.18秒，转速上升后很快稳定。可以说，甩负荷过程控制非常理想。
采用PCC控制器开发的微机调速器动态性能指标、稳定性能指标均优于国标、部标有关要求，具有功能完善、可靠性高、维护、调试方便、抗干扰性强以及性能指标高等优点，非常适用于大型水电机组的控制。
0、 结束语
目前，我国除了三峡、龙滩、拉西瓦、小湾、瀑布沟外，已经投产和在建的600MW以上水轮发电机组越来越多，水轮机调速系统是其中重要的辅控设备之一，巨型机组调速器软硬件目前主要还是依赖国外进口，相应也会带来有许多问题，如价格昂贵，流程设计不完全满足中国国情，备件、售后服务难以及时保证等。和国外相比，这些正好又是国内调速器的优点。近年来，国内调速器制造和设计水平已大大提高，在产品的多样性、创新方面取得了不少成绩，在调速系统控制规律，调速系统对电网安全稳定的作用等方面也取得不少研究成果。
小湾调速系统选择PCC作为巨型机组调速器的硬件，借助PCC模块的高可靠性及分时多任务操作系统的特点和编程语言的优点，充分满足了巨型机组调速器对可靠性和实时性的要求。不仅硬件的可靠性和工艺大大提高，软件设计也吸取了国内的部分研究成果，这样更加符合中国国情。
小湾调速系统是国内自主研发的产品，具有完全自主知识产权，我们争取在产品研制、设计、生产、测试等每个阶段都严格控制、精益求精，力争打造出国内适用于巨型机组的调速器精品。希望能为巨型水轮机调速系统的设计提供一定的参考，也希望为推进巨型水轮机组调速系统国产化积累经验。
工业自动化通用组态软件-组态王软件系统与终工程人员使用的具体的PLC或现场部件无关。对于不同的硬件设施，只需为组态王配置相应的通讯驱动程序即可。组态王支持的硬件设备包括：可编程控制器（PLC）、智能模块、板卡、智能仪表、变频器等等。
PLC以卓越的可靠性和方便的可编程性广泛应用于工业控制领域[1]。实现PC机和PLC通讯的目的是为了向用户提供诸如工艺流程图显示、动态数据画面显示、报表显示、窗口技术等多种功能，为PLC提供良好的人机界面。
本工程采用西门子公司的S7-200系列的可编程控制器[2]，及上位工控机组成控制系统。上位机监控软件采用北京亚控科技发展有限公司的6.5“组态王”组态软件，实现对转辙机测试台的过程监控及数据处理。
2 系统简介
转辙机是铁路上常见的用于控制火车前进方向的设备。转辙机活动杆的伸出或者缩回决定火车不同的前进方向。
转辙机实时监控系统以组态王为主要运行画面，在组态王界面上对被监控系统的参数进行设置，起动被测的转辙机测试台，在组态王的界面上可以动态显示下位机的运行状态以及完成对多种电动直流转辙机各项电器性能指标的测试，如工作电流、工作电压、摩擦电流（故障电流）、转换力及转换时间（动作时间）等。由于组态王只提供这类西门子可编程控制器PLC的驱动程序，没有提供其通讯协议，在功能并不很强大的组态王内部直接开发可编程控制器PLC的通讯协议是有较大难度的。一般采用的方法是：利用VisualBasic提供的串行通讯功能[3]、[4]，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间接动态的显示在组态王界面上。其系统结构如图1所示。
3VB与可编程控制器PLC之间串行通讯的实现
带异步通讯适配器的PC机与PLC只有满足如下条件，才能互联通信[5]：带有异步通讯接口的PLC才能与带异步通讯适配器的PC机互联;双方采用的总线标准一致，否则要通过“总线标准变换单元”变换之后才能互联;双方的初始化、波特率、数据位数、停止位数、奇偶效验都相同。只有在对PLC的通讯协议分析清楚的情况下，严格的按照协议的规定及帧格式来编写PC机的通讯程序。PLC中配有通讯机制，一般不需要用户编程。
PC机与西门子系列PLC不能直接连接，要通过一条PC/PPI电缆进行RS232/RS485的变换，图2表示了它们之间的连接关系。
3.1可编程控制器PLC的通讯协议
设定可编程控制器PLC的通讯协议是通过对其自由端口的初始化来完成的。在自由端口模式下，通讯协议完全由梯形图控制。只有CPU处于RUN模式时，才能进行自由端口通讯。SMB30（用于端口0）和SMB31（用于端口1）用于选择波特率、奇偶校验和数据位数。自由端口的控制字节描述如下：
BBB 自由口波特率
000= 38400波特 100= 2400波特
001= 19200波特 101= 1200波特
010= 9600波特 110= 600波特
011= 4800波特 111= 300波特
PP 奇偶选择 MM 协议选择
00= 无奇偶校验 00= 点到点协议（PPI/从站模式）
01= 偶校验 01= 自由口协议
10= 无奇偶校验 10= PPI/主站模式
D 每个字符的数据位
0= 每个字符8位 1= 每个字符7位
这里选择的是SMB30（用于端口0），设置的字节为9（0 0001001H），即：该协议为自由口协议，自由口波特率为9600，无奇偶校验，每个字符的数据位为8位。
发送发送指令（XMT）激活发送数据缓冲区（TBL）中的数据。数据缓冲区的个数据指明了要发送的字节数。PORT指定了用于发送的端口。
XMT指令发送一个或多个字符，多有255个字节的缓冲区。如果有一个中断程序连接到发送结束事件上，在发完缓冲区中的后一个字符时，则会产生一个中断（对端口0为中断事件9，对端口1为中断事件26）。XMT指令可以监视发送完成状态位SM4.5或SM4.6的变化，而不是用中断进行发送。
接收接收指令（RCV）激活初始化或结束接收信息的服务。通过指定端口（PORT）接收的信息存储于数据缓冲区（TBL）。数据缓冲区的个数据指明了接收的字节数。RCV指令接收一个或多个字符，多有255个字符，这些字符存储在缓冲区中。如果有一个中断程序连接到接收完成事件上，在接收到缓冲区中的后一个字符时，则会产生一个中断（对端口0为中断事件23，对端口1为中断事件24）。可以监视SMB86或SMB186状态的变化，而不是用中断进行信息接收。
本程序展示了接收和发送的使用，它将接收一串字符，直到接收到回车符，信息又发回到发送方。
MAIN:
LD SM0.1
MOVB 16#9, SMB30 //选择9600波特率，8位数据，无校验
MOVB 16#B0, SMB87 //初始化RCV信息控制信息
MOVB 16#0A, SMB89 //设定信息结束为回车符
MOVW 5, SMW90 //设置空闲超时为5ms
MOVB 100, SMB94 //大字符数为100
ATCH 0, 23 //接收完成事件连接到中断
ATCH 1, 9 //发送完成事件连接到中断
ENI //允许中断
RCV VB100, 0 //接收信箱缓冲区指向VB100
INT_0: INT_1:
LDB= SMB86, 16#20 LD SM0.0
MOVB 10, SMB34 DTCH 10
ATCH 2, 10 XMT VB100, 0
CRETI INT_2:
NOT LD SM0.0
RCV VB100, 0 RCV VB100, 0
3.2 VB的通讯协议
在VB中MSComm控件可以采用轮询或事件驱动的方法从端口获取数据[6]。这里采用的是事件驱动的方法。这种方法就是在一个事件发生的时候，让程序自动的跳到一段程序。该控件的Oncomm事件执行这个功能。Oncomm程序负责对诸如在串口的硬件中断或者一个软件缓存的计数器到达了一个触发值这样的事件时做出反应。
在VB中放置一个TextBox控件。通过设定其Settings、CommPort、bbbbbMode、Handshaking、PortOpen属性来实现设定VB的通讯协议。这里设定Settings属性为：9600，n，8，1，即：该协议的自由口波特率为9600，无奇偶校验，每个字符的数据位为8位。
4VB与组态王软件数据交换的实现
VB与“组态王”之间通讯的实现主要是通过“组态王”提供的动态数据交换（DDE）来完成的。DDE是bbbbbbs平台上的一个完整的通信协议，它使应用程序能彼此交换数据和发送指令。DDE过程可以比喻成两个人的对话。提问的一方称为“顾客”（Client），回答的一方称为“服务器”（Server）。一个应用程序可以是“顾客”和“服务器”：当它向其他程序中请求数据时，它充当的是“顾客”;若有其他程序需要它提供数据，它又成了“服务器”。这里的关键是要实现的是“组态王”作为顾客程序从VB得到数据。
使VB成为“服务器”很简单，只需在“组态王”中设置服务器程序的三个标识名（应用程序名、主题名、项目名），并把VB应用程序中提供数据的窗体的bbbbMode属性设置为1，不必在VB中增加任何程序。将VB的bbbbTopic的属性，设定成和在组态王中定义DDE设备时的“话题名”一样;在组态王定义要显示出指定的VB可执行文件中指定的TextBox控件的值。
5 结束语
当系统开始运行前，要求运行VB的可执行文件作为后台运行程序，才能运行组态王系统。当可编程控制器PLC发送数据的时候，由VB接受到此数据，再通过组态王提供的DDE功能，将该数据显示到组态王界面上。这样，就把从可编程控制器PLC采集到的外部信号通过VB间接动态的显示在组态王界面上。
该方法实现了组态王对西门子系列PLC的实时监控。经过测试可知，系统的实时响应速度能达到ms级，并且这种实现系统实时监控的方法可移植性强，对于监控其他类型的可编程控制器PLC或单片机也适用
产品概述：
ISO4021系列产品实现传感器和主机之间的信号采集，用以检测模拟信号或控制远程设备。通过软件的配置，可用于多种传感器类型，包括：模拟信号输入，模拟信号输出，和数字信号输入/输出（I/O），ISO4021系列产品可应用在 RS-232/485总线工业自动化控制系统，4-20mA /0-5V信号测量、监视和控制，小信号的测量以及工业现场信号隔离及长线传输等等。
产品包括电源隔离，信号隔离、线性化，A/D转换和RS-485串行通信。每个串口多可接256只 ISO4021系列模块，通讯方式采用ASCII码通讯协议或MODBUSRTU通讯协议，其指令集兼容于ADAM模块，波特率可由代码设置，能与其他厂家的控制模块挂在同一RS-485总线上，便于计算机编程。
ISO4021系列产品是基于单片机的智能监测和控制系统，所有的用户设定的校准值，地址，波特率，数据格式，校验和状态等配置信息都储存在非易失性存储器EEPROM里。
ISO 4021系列产品按工业标准设计、制造，信号输入 /输出之间隔离，可承受3000VDC隔离电压，抗干扰能力强，可靠性高。工作温度范围- 45℃～+85℃。
产品特点：
● 低成本、小体积模块化设计
● 模拟信号采集，隔离转换 RS-485/232输出
● 测量精度优于0.05%
● RS-485/232输出，可以程控校准模块精度
● 信号输入 / 输出之间隔离耐压3000VDC
● 宽电源供电范围：8 ~ 50VDC
● 可靠性高，编程方便，易于安装和布线
● 用户可编程设置模块地址、波特率等
● 支持Modbus RTU 通讯协议
典型应用：
● 信号测量、监视和控制
● 智能楼宇控制、安防工程等应用系统
● RS-232/485总线工业自动化控制系统
● 工业现场信号隔离及长线传输
● 设备运行监视
● 传感器信号的测量
● 工业现场数据的获取与记录
● 医疗、工控产品开发
● 4-20mA信号采集
ISO4021功能简介：
ISO 4021信号隔离采集模块，可以用来测量一路电压或电流信号，也可以用来测量两路可以共地且不会互相干扰的电流或电压信号。
1、模拟信号输入
24位采集精度，产品出厂前所有信号输入范围已全部校准。在使用时，用户也可以很方便的自行编程校准。
具体电流或电压输入量程请看产品选型，测量两路信号时两路输入选型必须相同。
2、通讯协议
通讯接口： 1路标准的RS-485通讯接口或1路标准的RS-232通讯接口，订货选型时注明。
通讯协议：支持两种协议，命令集定义的字符协议和MODBUS RTU通讯协议。可通过编程设定使用那种通讯协议，能实现与多种品牌的PLC、RTU或计算机监控系统进行网络通讯。
数据格式：10位。1位起始位，8位数据位，1位停止位。
通讯地址（0～255）和波特率（300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400bps）均可设定；通讯网络长距离可达1200米，通过双绞屏蔽电缆连接。
通讯接口高抗干扰设计，±15KV ESD保护，通信响应时间小于100mS。
3、抗干扰
可根据需要设置校验和。模块内部有瞬态抑制二极管，可以有效抑制各种浪涌脉冲，保护模块，内部的数字滤波，也可以很好的抑制来自电网的工频干扰。