西门子模块总代理商-西安市

   plc 的软件结构 可编程序控制器软件部分由系统程序和用户程序两大部分组成。系统程 序由 plc制造商固化在系统程序存储器中，用以控制可编程序控制器本身 的运作；用户程序则是由使用者编制并输入用户程序存储器（区）的，用来控制外部对象的运作。plc 的软件结构如图 1.5 所示。当用户了解了西门子plc程序的结构后，就可以针对不同的控制对象与所选择的plc型号，根据实际情况选择plc程序的结构框架，并着手进行西门子plc程序的设计工作。
   程序设计与系统硬件设计、系统调试密切相关。软件设计阶段所需要的控制要求、操作界面、plc型号、i/o地址等都必须在硬件设计阶段已经完成；而程序的输入与编辑、程序检查、程序调试等工作需要在程序编辑与系统调试阶段完成。
   对于简单的plc程序，也可以直接通过plc的编辑软件，在编辑软件上同时完成程序的设计与输入过程。
    1．选择程序结构
    作为西门子plc编程软件设计的步，首先需要确定的是plc程序的基本结构体系。程序结构体系由如下两方面因素决定：
   ①所使用的plc型号。plc型号从客观上规定了可以采用程序结构，如：当plc选择为s7-200时，只能选择线性化结构或主一子程序的结构形式：当选择的plc为s7-300/400时可以采用线性化结构、调用式结构或结构化编程。
 ②控制系统的要求。如果控制系统的要求较简单，plc程序的长度不大，出于简化调试、减少程序设计工作量等方面的考虑，采用线性化结构可以省略编写程序块、功能块、数据块、局部变量等工作，提高编程的速度。如果控制系统较复杂，程序所占的容量较大，为了使得程序便于分段阅读与调试，可以考虑采用调用式结构(s7-300/400)与主一子程序结构(s7-200);如果控制系统十分庞大，程序异常复杂，或是系统相类似的控制要求较多，在s7-300/400上可以优先考虑采用结构化编程。
  

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，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。

  2．建立程序文件
   建立程序文件包括编写i/o地址表、定义符号地址、编写程序说明等内容，其目的是为程序设计提供方便。
   在s7中，一般是直接利用编程软件，通过编程软件的“符号表编辑器”对“符号地址表(symboltable)”的编写，一次性完成i/o地址、符号地址、数据格式、注释等全部工作。
    3．编辑逻辑块
   在选定了程序的基本结构体系与完成符号表的编辑后，即可着手进行plc程序中各类逻辑块的编辑。
    逻辑块的编辑包括了编写逻辑控制程序与定义程序变量两部分内容。
   逻辑控制程序可以通过梯形图、功能块图，指令表等方法编写：程序变量应通过“变量声明表”建立与明确（内容见本节后述），对于线性结构的plc程序也可以不使用变量与变量表。
   如果采用的是线性结构，只需要直接编写组织块obl;如果选择的是分块式结构，则应首先进行fc、fb等基本逻辑块的编制，后才能编写组织块。通过编程软件输入程序时，同样应该遵守这一原则，因为，如果基本逻辑块未编制完成，在ob1中将无法确定逻辑块所需要的赋值参数，在输入逻辑块调用指令时将引起出错。