西门子模块6ES7222-1EF22-0XA0参数设置
1 引言
用于燃料输送的输煤斗轮机，是在上安电厂一期工程时由美国GE公司安装的，采用的型号为GES6系列，自安装运行以来运行状况良好，基本可以满足电厂输煤要求。可是随着产品的更新换代以及电厂自动化水平的提高，原有的S6系列PLC操作比较繁琐，DOS人机交互界面使得技术人员在维护时感到非常得不方便，原有的梯形图逻辑存在却缺陷导致斗轮机行走振颤，甚至停机警报,设备出现老化现象，特别是S6系列PLC在九十年代中期已经停产，一旦现有的PLC故障需要更换，则很难找到备用的模件，给电厂生产正常运行带来很大的不便。迫切需要对原有的S6系列PLC进行升级改造。
2 斗轮机系统功能分析
斗轮机的作用主要分为两大部分，一是把煤通过传送带在指定地点煤集中堆放;二是根据需要把堆放好的煤通过传送带传输到中转站。斗轮机的功能分为悬臂旋转、悬臂升降、大车行走、斗轮旋转、夹轨器、挡板、拖车皮带、就地控制、远程控制、自动等十四部分。其中大车行走驱动电机使斗轮机运动至煤堆附近，接着悬臂进行旋转或者升降将斗轮运行到适合取煤的位置，斗轮开始转动取煤，通过皮带运送走，或者通过拖车皮带将需要堆放的煤集中存放到指定地点。
3 改造方案设计
改造包含E1盘配电室和E2盘远程控制驾驶室两部分。E1盘配电室内配有两层机架，层为安装有CPU的I/O机架，另一层为隶属于层机架的I/O扩展机架。两层机架之间通过扩展电缆进行连接和通讯，现场的各类开关量信号，报警接电信号，PLC输出到现场电机的起停信号均通过端子排与PLCI/O模块相连;E2盘远程驾驶员室内配有一层机架，该层为隶属于配电室层机架的远程扩展I/O机架，与主机架之间通过远程通讯电缆进行通讯。驾驶室内的监控硬件为发光二极管组成的光子排，通过端子排以简单明了的指示驾驶员各种操作状态以及报警信号。
3.1 硬件改造
(1) PLC选型
PLC采用GE公司的9030系列，参照原有PLC配置，共有输入300余点，输出400余点，故选用11个32位的输入模件IC693MDL655，6个32位的输出模件IC693MDL753，输入与输出模件均使用一对24针D形连接器(分为AB、CD两组)及电缆IC693CBK001进行数据传输;电源模件选用IC693PWR322，可满足所有输出和输入模件的需求;PLC的微处理器选用高性能的CPU363，系统运行速度高，可达0.5ms/K指令。能快速执行梯形图逻辑，并实时刷新计算输出，并可在线监视执行状态。完全可以满足实时控制的要求。具体的输入和输出模件位置分配为:E1盘主机架6个输入模件，扩展机架1个输入模件，3个输出模件;E2盘4个输入模件，3个输出模件。PLC硬件配置图(主机架)参见图1。
图1 PLC硬件配置图(主机架)
(2) 电源改造
原有的110V直流电源全部更换作24V直流电源;PLC的输入模件与输出模件电源接线均采用负逻辑方式，具体方法可参考图2，并将输入模件和输出模件的24针D形连接器数据传输电缆剖开，按照图2和图3所标明的接线方式求将不同颜色的数据线分为AB组和CD组，分别打印出线标志，以保证连接到端子排上的位置准确无误。
(3) 梯形图逻辑优化
注意到原有梯形图中一些特殊指令在9030的开发环境中已经不存在了，在9030的开发环境中找到可以代替这些特殊指令的命令以保证移植后的逻辑功能原功能一致。删除掉一部分已经不再使用的自动控制的逻辑，并修改了悬臂启动延时定时器的延时参数，使得控制效果更为合理。根据现场操作人员的意见，并改正了一部分错误的注释。
4 改造创新
本文作者创新点是在对原有的梯形图逻辑移植的基础上，采用了程序语言中的模块化编程方法，将斗轮机的十四个不同的功能部分看作是十四个不同的对象，分别编写相应的梯形图逻辑子程序，再主程序中直接调用这些子程序，形成完整的梯形图逻辑控制斗轮机正常运行。模块化后的梯形图逻辑结构清晰，具有很好的可读性，易于后期的维护。各模块之间相对独立、功能单一，避免了重复劳动，具有良好的可移植性，只要稍加修改，就可应用到同类型的控制中，获得了较高的程序质量。
5 结束语
整体的改造工作是成功的，系统调试期间运行状况良好，不但斗轮机的基本功能得到了实现，修改了原有逻辑中的不合理的地方，消除了斗轮机的行走震动的问题，并修改了斗轮机的斗轮的启动延时时间，使得功能更为合理，终顺利验收完毕。
在工作期间也出现了一些意想不到的问题，由于输出模件选用的是IC693MDL753，该模件的电源接线方式只有负逻辑着一种方式，而原来的发光二极管光子排的正常工作存在正负极性，改造后的由于模件的电源方式改变，导致了由输出模件驱动的发光二极管不能正常工作，与现场工作人员讨论之后，决定将光子排上的所有发光二极管正负极颠倒一下，这样就可以在不影响工作的情况下保证系统状态的的正常显示。
一个问题是在梯形图逻辑调试期间发现CimplicityME开发环境报告E1盘主机架电源不足，后经查阅相关资料发现，选择的电源只能向不多于4个同类型的输入或者输出模件供电，一旦超出这个限制，就会产生电源不足报警，导致模件不能正常工作，将原来配置好的主机架上的6个输入模件的后2个移至扩展机架上，主机架上4个输入模件，扩展机架上3个输入模件，3个输出模件，满足了电源要求从而正常运行。
实践表明改造后的斗轮机抗干扰能力强，可靠性大大提高，降低了电气维修人员的工作量，极大地提高了生产率和整体输煤系统的自动化水平
1 引言
目前，在工厂供电系统中，对高压断路器的控制、保护和信号回路多采用传统的继电器开关量控制方式，存在着元件多，接线繁琐，运行维护工作量大，故障多，控制自动化程度低，可靠性差等诸多问题。而PLC作为继电器控制的替代产品，具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、维护方便、适应环境好等等优点，利用PLC对断路器二次回路进行控制无疑是较好的选择。
2 断路器操作与二次回路
2.1 断路器控制、保护和信号回路(简称二次回路接线)
断路器控制、保护和信号回路电路接线如图1[1]所示。QF为断路器，TA为电流互感器，KA为电流继电器(GL-15、25型)，KM为中间继电器，WC为控制小母线，WS为信号小母线，WAS为事故信号小母线，SA为控制开关，SB为按钮，RD为红色指示灯，GN为绿色指示灯，YO为合闸线圈，YR为跳闸线圈，SQ1、SQ2为储能位置开关，M为储能电机。
2.2 断路器控制、保护和信号回路基本要求
图1为采用CT7型弹簧操作机构的断路器控制、保护和信号回路，SA可采用LW2或LW5型转换开关，其控制的基本要求如下:
图1 断路器控制、保护和信号回路原理图
(1) 只有当储能电机储能完成，才能进行合闸操作。
(2) QF正常工作时，应是红灯亮，绿灯灭，并分别起到监视跳闸和合闸回路的完好性。
(3) 当过电流保护装置检测到过电流信号时，应立即启动跳闸装置跳闸。
2.3 控制电路工作原理
图1中，SA为LW2或LW5型转换开关，它们的触点有合闸、合闸后、分闸、分闸后四个位置。SA的3-4触点只在合闸时接通，合闸后断开;SA的1-2触点只在分闸时接通，分闸后断开;SA的9-10触点在合闸和合闸后均接通。SQ1和SQ2是弹簧储能电机的位置开关，未储能时处于初始状态。
需要合闸操作时，须先进行弹簧储能:按下SB按钮，储能电机M通电运转，使合闸弹簧储能，完毕后，SQ2常闭触点断开，SQ1常开触点闭合，为合闸作准备。
合闸时，将SA扳向合闸(ON)位置，其3-4触点接通，合闸线圈YO通过较大电流，操作机构使QF断路器合闸，其辅助触点使YO线圈失电，并使RD红灯点亮。
分闸时，将SA扳向分闸(OFF)位置，其1-2触点接通，分闸线圈YR通过较大电流，操作机构使QF断路器分闸，其辅助触点使YR线圈失电，并使GN绿灯点亮。
当一次电路发生短路时，KM1或KM2线圈得电，其常开触点闭合，也使YR通过较大电流而让QF断路器跳闸，随后QF的3-4触点断开，RD灭，并使YR失电。由于QF是自动跳闸，SA仍在合闸位置，SA9-10触点闭合，发出事故信号，通知值班员将SA扳向分闸位置，并使事故信号解除。
3 断路器操作PLC控制系统
3.1 PLC电气原理设计
断路器控制、保护和信号回路的PLC的I/O点分配如图2所示。PLC采用FX2N-32MR型，共须用7个输入点，6个输出点。标注情况如图2所示。SA为普通的手动转换开关，H为事故报警信号。
图2 PLC控制系统I/O接线图
3.2 PLC的程序状态转移图
由于该控制电路为顺序控制电路，根据其基本控制要求，并对照PLC的输入输出接线图，即可绘出PLC控制的程序状态转移图如图3[2]所示。
图3 PLC控制程序状态转移图
3.3 PLC控制的梯形图
PLC控制的梯形图如图4所示:
图4 PLC控制梯形图
需要合闸操作时，须先进行弹簧储能:按下SB按钮，X4=1，使Y3=Y4=1，GN绿灯亮，储能电机M通电运转，使合闸弹簧储能，为合闸作准备，完毕后，SQ1和SQ2常开触点闭合，Y3=0，电机M停转，由于仍在分闸位置，GN灯应保持亮。
合闸时，将SA扳向合闸位置，其常开触点接通，X1=1，使Y1=Y4=1，合闸线圈YO通过较大电流，操作机构使QF断路器合闸，合闸后，QF的常开辅助触点使Y5=1，RD红灯点亮。
分闸时，将SA扳向分闸位置，其常开触点断开，X1=0，X3=1，使Y2=Y5=1，分闸线圈YR通过较大电流，操作机构使QF断路器分闸，分闸未完成，RD红灯仍亮，分闸后GN绿灯点亮。
当一次电路发生短路时，KM1或KM2线圈得电，其常开触点闭合，X6=X7=1，使Y2=Y6=1，也使YR通过较大电流而让QF断路器跳闸，由于QF是事故跳闸，应发出事故信号，通知值班员将SA扳向分闸位置，并使事故信号解除。
4 结束语
断路器控制、保护和信号回路采用PLC控制，与继电控制相比，可靠性高、调试方便，具有良好的应用前景，值得推广应用。
论述人机界面TP2706’结合S7-300 PLC在110kV干式变压器温控系统中的应用，提出了设计原理和软件设计方案，并简要讨论了系统的安全保护设计和通讯组态。 1、系统组成与工作原理
1.1 系统组成
干式变压器的温控系统主要由5部分组成：传感器、A/D模块、PLC主机、输入输出模块及人机界面等，系统结构原理图如图1所示。在控制部分，选用SIEMENS的S7-300 PLC对采样信号进行快速、可靠的处理，组态软件为SIMATIC STEP 7；选用SIEMENS的TP270 6’触摸式人机界面(HMI)对实时温度值和各种故障信息进行显示、记录，组态软件为SIMATIC ProTool V6.0。HMI和PLC之间采用MPI(多点)通讯方式，通过对HMI画面上所设元件属性和与PLC的数据交换地址的定义，实现HMI上相关元件对应的暂存器对PLC存储单元的读写。
图1 系统结构原理图
1.2 工作原理
干式变压器的安全运行和使用寿命与变压器运行温度的高低有着直接的关系，对变压器运行温度的实时监控十分重要。由传感器对变压器铁心和绕组的温度进行采样，所测温度信号经放大和A/D转换后送PLC，利用软件进行数据处理，处理后的数据送HMI进行实时显示。在HMI上设定风机自动启/停温度，PLC根据设定值，可自动启/停变压器所配备的冷却风机，对变压器进行降温。必要时还可通过触摸HMI上按钮，手动启停风机。在HMI上设置超温报警及超温跳闸温度限定值。当变压器绕组温度过高，超过限定值时，PLC将输出绕组超温报警信号和绕组超温跳闸信号，并在HMI上显示出具体信息。在HMI上可进行手动消音，手动跳闸操作。记录各种报警信息及故障发生时的各相温度值，必要时，可在HMI上输入时间条件进行查询，并根据需要随时进行打印。该系统中的数据采集处理、风机运行和故障报警由PLC和HMI通过编制相应的软件来完成。
2、系统的软件设计
SIMATIC ProTool是西门子公司推出的组态软件，该软件由2部分组成：ProTool/Lite、ProTool或ProTool CS(组态系统)组态软件和用于过程可视化的运行系统软件(例如ProTool/Pro RT)。2个系统均可以在bbbbbbs98 SE、bbbbbbs Millenium、bbbbbbs2000和bbbbbbs NT 4.0操作系统上运行。该软件具有报警记录、报表打印、趋势曲线等多种功能，并支持除Siemens之外的第三方制造商的通讯协议。本系统在其基础上进行了画面设计、通讯组态、报警设置、安全保护设计等一系列应用开发。
2.1 画面设计
触摸屏画面设计不仅要求能实现所有的控制功能(输入及显示参数、存储纪录、报警、打印等)，要简单明了，易于操作人员正确的执行操作。考虑系统所需监控的过程变量和实际功能，共组态了8组画面，下面介绍几个基本画面。
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(1) 主画面
设计的监控主画面如图2所示。主画面的中央是温度的数据显示。上半部分采用纯数字方式对变压器三相的铁心温度及高、低压绕组温度进行实时显示；下半部分采用模拟显示方式，突出变压器的高铁心温度和高绕组温度。在程序运行时，各温度值可动态显示。主画面的右部为口令输入域和触摸操作区，此处各按钮需输入不同级别的口令方可进入。主画面的下部为无需权限的触摸操作区。操作人员通过触摸按钮，可以切换到各监控子画面，掌握系统的工作情况，或进行参数设定与修改。
图2 监控主画面
(2) 故障记录
每当有报警信号产生，都会在触摸屏界面上弹出报警消息窗口，报警灯闪烁。将报警消息进行归档，再创建一画面组态消息视图，就可保存并显示系统运行以来的所有报警消息。提示报警号，报警产生的日期、时间，报警产生的原因，以及是否确认等信息。 (3) 数据记录
组态事件消息并归档，在每次产生报警时，对各相的铁心温度和绕组温度通过归档事件消息进行记录，以便将来查询。
(4) 温度实时趋势图
实时趋势图用于在线显示较慢而连续的过程变量。显示时，实时趋势在每个时间单位(时钟脉冲)内一次只从PLC读取一个趋势值，并添加至操作单元上显示趋势。该程序中共组态3组实时趋势，每组显示一相的高压绕组、低压绕组及铁心温度3个变量的曲线，每个变量每10s读取一次，曲线显示100点。
(5) 参数设定
在本画面中，操作员可以对风机的自动启/停温度，绕组超温报警温度和绕组超温跳闸温度进行设定，调整。进入该画面后，若软键盘10s内无动作，系统将自动返回主画面。
2.2 安全保护设计
ProTool允许用户使用口令来阻止其他未授权人员使用控件，从而增加系统的安全性。ProTool提供的口令级别从0到9。口令级0不需输入口令；口令级1至8，根据功能的重要性进行分配；如用户分配到口令级4，则可执行口令级0到4的功能。口令级9仅授权于系统管理员。针对安全管理和操作的需要，该系统中定义了系统管理员级即9级和操作员1级两级口令。对参数设定和手动跳闸功能需使用系统管理员级口令，其他操作，如
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消音、手动启/停风机、查看历史记录等，也要先输入口令进行登陆。输入口令，触摸“登陆”按钮，再触摸其他功能按钮，便可进入等于或低于该口令级别的子画面。子画面操作完毕返回主画面后，触摸“退出”按钮，则口令失效，进入子画面需重新输入口令。若没有触摸“退出”按钮，系统将在1min后自动撤销口令。
2.3 人机界面与PLC之间的通讯
西门子人机界面与PLC之间的通讯方式有3种：PPI(点到点)通讯方式，MPI(多点)通讯方式和PROFIBUSDP通讯方式。该温控系统中采用MPI(多点)通讯方式。
S7-300 PLC上有一标准化的MPI接口，它既是编程接口，又是数据通讯接口，使用S7协议(主要用于较近距离的数据通讯)。由于MPI接口是RS485结构，PLC与人机界面之间通过RS485线相连，其传输速率为187.5k波特率。一个MPI网可以有多个网络节点，其地址是在S7-300硬件组态中设置的。该系统中人机界面的MPI地址为“1”；CPU的MPI地址为“2”。
人机界面与过程之间通过PLC利用变量进行通讯。通常在PLC和操作单元之间交换的数据为过程数据。为此在组态中创建指向PLC上某个地址的变量。触摸屏从指定的地址中读取该数值并显示它。同样的，操作员可以在触摸屏上输入将被写入PLC上某个地址的数据。
3、结束语
在110kV干式变压器温控系统中将PLC和触摸显示屏结合在一起，并采用PLC和触摸屏的相应软件对各采样值进行控制、处理，在温度的实时显示、数据记录、报警等方面具有很大的优越性。操作人员不仅能方便的观察和掌握变压器的实时运行温度，还可根据报警消息，快速的排除故障；借助历史记录，管理人员还可对重要数据进行分析、查询，为电力调度、系统规划等方面提供重要的依据，大大提高运行管理水平。
1 引言中国铝业公司青海分公司采用先进的160kA大型预焙阳极中间下料电解槽，提供直流电流的整流系统采用110kV直降式有载调压整流变压器和二极管整流电路，共有四套整流机组，单机组额定输出直流为1150V、56kA;正常为四套机组运行，各输出40kA、1150V的直流电，共输出直流为160kA、1150V;当有一套机组退出运行后，其余三套机组各输出53.3kA、1150V的直流电用以满足铝电解的正常生产。整流系统的整流器采用二极管三相桥式同相逆并联整流电路，变压器采用分段中性点调压变压器和整流变压器组合，具有±35级调压，稳流控制采用有载调压开关进行粗调，饱和电抗器进行细调的控制方式。由于电解铝厂的整流供电系统通常要求是终端变电站，监控和继电保护设置比较单一、简单，但性强，可靠程度要求很高。项目采用了微机监控保护装置和综合自动化系统，对稳流部分采用了PLC控制的方案。本文主要介绍自动稳流控制部分的组成及控制特点。
2 系统配置为了独立于保护和监控系统而自成一体，避免相互干扰和影响，稳流系统全部采用AB公司SLC-5/04系列PLC组网，该PLC具有专用的DH+通讯网，通过专用板卡直接可与服务器相连。PLC之间的信息交换通过DH+网络通讯来实现，图1为网络结构。
图1 PLC组成的网络结构稳流控制PLC按照N+1的原则配置，对4台整流机组各配置PLC，以实现小闭环控制;配置一套总调PLC，以实现大闭环控制。整流机组小闭环控制PLC用于单台机组的稳流控制，其目的是用PLC的PID控制器实现单台机组的直流输出与给定值相一致，以达到单台机组的稳流，并通过调节饱和电抗器偏移绕组的电流来实现同一台机组两个整流柜之间输出电流的平衡。采用一套总调PLC完成大闭环控制，调节所有的整流机组，大闭环总调的PID输出作为整流机组小闭环PID的给定值，使所有机组的直流输出相同。当产生阳极效应时，可调节所有机组饱和电抗器的控制绕组电流，如无法满足稳流要求时，可自动判断降档升压。大闭环还可实现恒安时控制、大需要控制、整流机组启停等功能。SLC-5/04PLC具有PID运算功能和指令，可对系统做动态控制;有DH+和RS-232两个通讯口;机内配有高速计数器，以适应对机外高速信号的计数要求，CPU带有两个计数频率高达2kHz的高速计数器，每个计数器可用程序复位，并可设置成加法计数、减法计数或相位差90°的两个脉冲序列;为系统备有专用的数字扩展模块(EM)，可以很方便的对系统的输入输出点做扩展;具有灵活的中断输入，以极快的速度响应中断请求信号。
3 自动稳流控制3.1 信号取样由于目前国产直流互感器的温漂做的不好，信号失真大，磁放大时间常数太长，不利于即时准确的控制等原因，稳流系统小闭环反馈信号取自于整流一次侧交流信号;稳流系统大闭环反馈控制信号取自于总直流互感器，经变送器把小信号传至总调PLC;整流系统总的输出电流由上位计算机系统通过通讯方式来设定。3.2 控制功能在自动稳流系统中，PLC主要完成整个系统的逻辑顺序控制及所有PID回路控制。其主要包括以下几个部分:(1)恒流控制恒流控制是将机组的直流输出电流经变送器变换后反馈到PLC的输入端，与给定信号作比较后送给PI调节器进行控制。控制结果转换成控制输出脉冲并经功率放大后，去触发晶闸管整流电路的占空比，改变饱和电抗器的控制电流，从而达到机组电流稳定的目的。(2)平衡控制由于饱和电抗器的特性不一致，经常造成机组之间以及同一台机组两个整流柜之间输出电流有较大的差别，使整流机组达不到额定出力。把一台整流柜(A柜)的输出电流作为PLC的给定，另一台整流柜(B柜)的输出电流作为PLC的反馈，两者比较的结果通过PI调节器调节后，去改变A柜饱和电抗器的控制电流(B柜的控制电流保持不变)，使两个整流柜的直流电流始终保持平衡。此时，PLC输出2个4~20mA的信号，分别控制整流机组的A/B柜稳流。(3)总调控制前已提及，电解槽所需总的直流电流等于几台单机组输出电流之和。由于单机组稳流可实现单机组输出电流稳定，为了使电解槽所获得的总电流更加jingque稳定，将总电流经互感器反馈至PLC输入端，与上位计算机的给定值进行比较计算，输出的结果作为单机组稳流的分调给定，从而提高整个电流稳定精度。总调PLC输出4个4~20mA的信号，用于控制4个整流机组的总调给定。一般饱和电抗器的控制深度为60V左右，当其饱和或截止时，PLC能自动调节变压器有载开关的升降，从而使总电流不论在多大的电压波动情况下，均能达到稳流的目的，扩大了调压范围。(4)恒安时控制每3分钟实测一次电解电流值，并将在1小时内实测的电解电流值累加，累加结果与设定值进行比较，根据所求差值与小时剩余时间自动调整设定电流，以达到安时偏差自动控制。3.3 控制方式稳流系统采用了四种控制方式。(1)自动/总调方式在此方式下，有载开关升降档指令均由计算机控制。有载开关升降操作是通过饱和电抗器控制电流来确认有载开关的升与降，这个动作不影响系统的单个有载开关位置。如果机组的一个有载开关发生升或降的要求，这要求将送入计算机并引起所有机组有载开关升或降。(2)手动/总调方式这种方式允许操作员进行总调，动作向上或向下，有载开关升降档通过外部按钮来实现。机组总的调整与自动/总调方式相同。(3)自动/分调方式此方式用于单个机组与其他机组有不同基准的情况下。此时，本机组有载开关升降不起作用。(4)手动/分调方式此方式用于单机组与其他机组有不同基准的情况下，希望由本机组有载开关升降来调整本机组的电流。不管是何种控制方式，都是通过调整饱和电抗器控制绕组的控制电流对整个整流系统进行细调。判断是否需要调控有载开关，是通过检测4台机组的有载开关档位来确定应动作哪台机组的有载开关。当需要升压时，动作低级;当需要降压时，动作。通常是4台机组有载开关联动。
4 结束语原有稳流系统采用了模拟电路控制饱和电抗器来调节电流的方法，致使调试工作量大，控制精度低，在实际运行中时常发生进线刀闸乱动，动力变莫名其妙跳闸，数据报表与实际不符等现象。我们将原有稳流部分采用PLC控制后，使系统显示出以下几个特点:(1)可靠性和稳定性得到了很大的提高，故障率明显下降;(2)由于PID调节器由PLC软件实现，使得整个系统的接线简单，易于安装，维护量减小;(3)不需同步信号，无相序要求，系统变得易于调试;(4)饱和电抗器的控制特性是非线性的，PLC能自动识别其工作范围，从而自动改变控制参数，提高了输出电流的稳流精度(单机组稳流精度达到了0.5%);(5)操作简单，可方便地与计算机或其它设备通讯