西门子模块6ES7231-7PC22-0XA0参数设置

西门子模块6es7231-7pc22-0xa0参数设置

   可编程逻辑控制器(plc)以其编程简单方便、控制稳定可靠、功能强大等优点通常作为控制器广泛应用于现代工业控制领域。触摸屏作为人机交互界面在一定程度上减少plc的外部i／o点的使用以及减轻系统外部按钮开关的连线复杂程度，同时也提高了运行维护的方便性。随着工业现场对控制设备小型化、易操作化、智能化的要求的不断提高，基于plc和触摸屏的交流变频调速系统的应用前景将非常广阔。本文采用三菱plc(fx2n－64mr)、海泰克触摸屏(pws6aoot)、伦茨变频器和外部按钮实现两台三相异步电机的交流变频调速实验系统设计。实际运行结果表明，该系统运行稳定可靠，控制性能良好。
1 控制系统要求
   本套系统要求能够实现两台三相异步电动机的如下状态的控制：正转；反转；停止；点动；加速；减速。要求可以由触摸屏或外部按钮实现上述功能，两种开关量输入方式互为冗余备用，以提高控制系统的可靠性。另外，对于各种开关量状态及硬件不正常状态需要指示灯显示。
2 控制系统硬件设计
    交流变频调速系统的硬件结构如图1所示。

   控制系统硬件结构主要包括：可编程控制模块、控制指令输入模块、d／a转换模块、变频器调节模块。
2．1 模块功能
2．1．1 可编程控制模块
   该模块是整个控制系统控制的核心处理器，是触摸屏指令和按钮开关指令的执行中枢和变频器指令触发元件。
2．1．2 控制指令输入模块
   该模块就是给plc加载控制指令以实现相应的输出操作。这里指令输入可由触摸屏按键实现，也可以由外部开关按钮实现，两种指令输入方式互为备用。为避免由按钮开关指令实现众多指令会导致接线复杂情况出现，可以对重要的开关量实现冗余备用，非重要开关量仅由触摸屏按键实现。
2．1．3 d／a模块
   d／a是将plc输出的数字量转换成模拟电压量以实现变频调速的目的。此系统采用的fx2n－2da模块，该模块有两路模拟量输出以实现对两台变频器的控制。
2．1．4 变频器调节模块
   变频器可根据plc加载在其输入控制端子的指令执行相应的调节，能够执行三相异步电动机的各种工作状态。
2．2 模块通信
   pc机通过专用电缆与plc模块和触摸屏模块进行通信连接，编制调试程序完毕可以直接下载到触摸屏和plc各自程序存储器。plc模块与触摸屏之间由专用电缆连接，触摸屏按键指令可以由通信电缆加载到控制程序以执行相应的操作。另外，外部按钮指令直接加载在plc输入端以实现相应的指令操作。plc与d／a模块由扩展电缆连接，将plc输出数字量转换成对应的两路电压信号加载到变频器输入端子以实现调速控制。
3 控制系统软件设计
3．1 plc程序设计
3．1．1 输入、输出地址分配
    根据控制系统要求，确定开关量输入、输出数量并对plc分别地址分配。

   x00～x04、x10～x14分别分配给电动机1、2的开关量输入端子(包括正转、反转、点动、停止)和变频器故障输入端子。
   y00～y04、y10～y14分别分配给电动机1、2的开关量输出指示(包括正转、反转、点动、停止)和触摸屏故障指示。
   y20～y22、y30～y32分别连接两台变频器的e1、e2和28控制端子。其中，e1端子功能为高电平时激活固定给定转速；e2端子控制旋转方向；28端子控制电机启动和停止。
   m00～m05、m10～x15分别分配给触摸屏的1、2按键指令的plc写入地址(包括正转、反转、点动、加速、减速、停止)。
   此外，寄存器d1、d2分别为存储两台电机的d／a待转换数值，寄存器m8000监视plc运行状态。
3．1．2 程序流程设计
   plc程序采用三菱fxgp－win－e编程软件实现，程序采用模块化、功能化结构，便于扩展应用，对应的程序流程图如图2所示。

3．2 触摸屏程序设计
    本系统的触摸屏人机交互界面的开发平台，采用海泰克触摸屏的hitechadp编程软件实现。该软件类似于组态软件，采用图形化的编程方法，只需将相关元件拖到预先定义的画面上，根据需要设置相关参数、合理配置plc写入地址即可完成操作。
    hitech adp编程软件对编程pc机要求不高，利用触摸屏自带rs232串口或者usb接口通信，将设计完成后的人机交互界面下载到触摸屏。对于两台电动机分别设计了正转、反转、点动、加速、减速、停止以及速度显示控键，可由相应的控键实现对电机运转状态的控制和监控。触摸屏上电后自动进入所设计的画面，操作人员可以根据需要直接通过人机交互的方式，对下位机plc进行控制。人机界面如图3所示。

   基于可编程控制器和触摸屏的三相异步电机的交流变频调速系统充分利用了plc强大的逻辑处理功能和人机界面的良好的交互性，避免传统的继电器一接触器控制电路的复杂接线，降低了对运行人员的技术要求；同时对重要开关输入量实现触摸屏按键和外部按钮冗余备用模式，提高了系统的可靠性，为现场操作人员对运行过程的实时监控和维护带来了方便。同时，本系统作为实验室综合试验系统的子系统之一，将理论与实际相结合，对学生掌握新技术新理念，提高动手能力，有很好的指导意义和现实意义

1 引言
随着中央提出大力发展清洁能源的建设并为激励农村和边远山区的进一步发展，国家对小水电事业给予越来越多的关注。我国的小型水电站在近20年得到了极为迅速的发展，其中以万千瓦以下的小型水电站居多。对这些小型水电站的监控保护和自动控制也显得尤为重要。本文主要讲述了三菱fx2n系列plc在水电站有功调节中的应用。
水电站的有功调节通常是通过调速器实现的，但当水轮机组并入电网运行时，对于单台发电机来说转速反馈几乎不起作用。近年来，随着自动发电控制(agc)的需要，有功功率在控制系统中的调节品质已成为当前电力系统自动化领域的突出问题。

2 系统组成
本系统中控制的两台水轮发电机型号为sfw2500-10/1730、6.3kv/286a。本系统采用分层分布式布局，配置如图1所示。主要由2个机组监控屏、发电机保护屏、公用监控屏、主编线路保护屏和电量屏构成。通讯采用高速以太网与上级调度、操作员工作站进行通讯。其中公用监控屏由可编程控制器(由三菱fx2n-80mr和2个fx0n-16ex扩展模块组成)、自动准同期装置、触摸屏、电力测控仪和逆变电源组成，在公用监控屏中实现对发电机的有功调节。

图1 系统配置图

3 控制要求
在电力系统中，频率与电压是电能的2个主要质量指标，电力系统中的频率变化的主要原因是由于有功功率不平衡引起的。系统的负荷经常发生变化，要保持系统的频率为额定值，就必须使发送的功率不断跟随着负荷的变动，时刻保持整个系统有功功率的平衡。否则，系统的频率就会大起大落，保证不了电能的质量，甚至会造成事故与损失。
当负荷吸取的有功功率下降时，频率增高;当负荷吸取的有功功率增高时，频率降低，即负荷调节效应。由于负荷调节效应的存在，当电力系统中因功率平衡破坏而引起频率变化时，负荷功率随之的变化引起补偿作用。如系统中因有功功率缺额而引起频率下降时，相应的负荷功率也随之减小，能补偿一些有功功率缺额，有可能使系统稳定在一个较低的频率上运行。如果没有负荷调节效应，当出现有功功率缺额系统频率下降时，功率缺额无法得到补偿，就不会达到新的有功功率平衡，频率会一直下降，直到系统瓦解为止。
频率和有功功率自动调节的方法主要有:
(1) 利用机组调速器的调节特性进行调频;
(2) 根据频率瞬时偏差，按比例分配负荷，构成虚有差调节频率和负荷的方法;
(3) 按频率积分偏差调节频率，满足“等微增率”原则分配负荷;
(4) 按给定负荷曲线调节有功功率(本文所介绍的是按给定负荷曲线调节有功功率)。
电站的调节系统应该使总功率等于负荷曲线给定的功率。而机组之间则按“等微增率”原则经济分配负荷。如果系统频率偏差不超过调频电站所能补偿的范围，则调功电站的调节系统对频率偏差不应作出任何响应。如果系统运行工况发生了变化，出现了较大的频率偏差则调频电站无力完全补偿偏差值，那么调功电站的自动调节装置应该作用于各台机组的调速器，使之改变各台机组的有功出力来帮助恢复系统频率。

图2 功率与频率关系曲线

图2示出功率与频率的关系曲线。在死区±Δfmax范围内，频率偏差信号Δf不起作用，此时电站的实际功率 与给定的总功率pg之间的偏差Δp产生调节作用。

pg为电站负荷曲线给定装置取得的，使由各台机组有功功率测量元件测到的有功信号相加后得到的。当时，两台机组的调节作用只受有功偏差Δp的影响，而与频率偏差Δf无关，此时调节特性方程为:

4 系统的硬件设计
图3示出系统硬件框图。根据系统的控制要求配置硬件如下:

图3 系统硬件简图

·控制器:三菱fx2n-80mr和两个fx0n-16ex扩展模块组成;
·人机界面:触摸屏;
·其它设备:2个dc24v继电器、功率表以及其它的辅助器件。
5 系统软件设计
本系统确保整个系统频率的稳定和电网的稳定供电。控制流程图如图4所示。

图4 系统流程图

部分梯形图如图5所示:当系统需要进行有功调节时，系统的软件或是手动发出信号开始调节，此时采集1个实时有功数据此数据与设定值(即目标功率值)进行比较并进行数据处理算出需要调节的时间，然后发出信号使调节继电器动所开始调节。如未达到则有可能是系统内部有故障。为了避免使程序进入死循环，则调节四次仍未能达到要求就自动中止程序)。如图4所示，当m10接到触发信号后瞬时接通使d300采到的瞬时有功功率数据与d301(设定值)进行比较。当d300>d301时输出信号m300使plc的y001输出并使调节继电器动作进行调节。

图5 部分程序梯形图

6 结束语
本文所设计的系统操作简单、自动化程度高、应用广泛。减小了小型水电站工人的劳动强度，增加了整个系统的稳定性。经过一段时间的认真测试证明该系统已经完全符合小型水电厂的有功调节的要求。