主变冷却风扇调速系统的设计剖析

主变冷却风扇调速系统的设计剖析 摘要 冷却系统对变压器性能的影响日益显著，几乎所有的变压器强化都面临着如何解决高功率密度下的冷却及热平衡问题,既在提高输出功率的同时,又要兼顾其经济性和环保性。这些都对冷却系统的性能提出了新的要求，开发高效、可靠、经济、环保的冷却系统,已成为变压器进一步实现技术突破的关键所在。因此,采用先进的冷却系统设计理念，对推动变压器冷却系统技术进步具有重要的研究价值。 本次设计结合PLC及变频技术，采用MM440变频器及USS通信 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 设计出新的变电站主变冷却风扇调速控制系统。主要从整体上分析和研究控制系统的硬件设计、控制流程设计、软件流程设计等部分。设计基于可编程控制器(PLC)硬件平台的异步电动机综合控制系统。该系统通过可编程逻辑控制器(PLC)来控制变频器，最终实现异步电动机转速的闭环控制。整个设计过程均采用变频技术，从而控制和调整大型电力变压器冷却装置的输出功率与变压器的总损耗相匹配，结合变压器油温和环境气温的反馈调节，将变压器油温控制在一个较小的给定范围。 关键词:PLC;MM440变频器;USS通信协议;冷却风扇 第 1 页 共 67 页 目录 第1章 概述 ......................................................................................4 第2章 MM440变频器 .....................................................................6 2.1 MM440变频器介绍 ...............................................................6 2.1.1 MM440变频器面板的操作 ...........................................6 2.1.2 MM440变频器参数设置 ...............................................7 2.1.3 MM440变频器控制端子的介绍 ....................................9 2.1.4 MM440变频器的数字输入端口介绍 ..........................10 第3章 PLC可编程控制器 ...............................................................13 3.1 PLC概述...............................................................................13 3.2 PLC的系统组成与工作原理 .................................................14 3.2.1 PLC的组成结构 ...........................................................14 3.2.2 PLC的扫描工作原理....................................................14 3.2.3 PLC的优势 ..................................................................16 3.2.4 PLC类型的选择 ...........................................................18 第4章 通信协议的介绍 .................................................................20 4.1 S7—200的通信方式与通信参数的设置 ..............................20 4.1.1 S7-200的通信方式 ......................................................20 4.1.2 网络部件 .....................................................................20 4.1.3 使用PC/PPI电缆通信..................................................22 4.1.4 计算机使用的通信接口参数的设置 ............................23 4.1.5 S7-200的网络通信协议...............................................24 第 2 页 共 67 页 4.2 USS通信协议 .......................................................................26 4.2.1 USS协议的网络结构 ...................................................27 4.2.2 USS协议有关信息的详细说明 ....................................29 4.2.3 USS的物理连接...........................................................33 4.2.4 MICROMASTER4 有关USS 通讯的参数设置 ...............34 4.2.5 USS库中指令介绍 .......................................................35 第5章 PLC控制系统硬件设计 .......................................................40 5.1 模拟量扩展模块EM235 .......................................................40 5.2 温度检测模块的介绍 ...........................................................49 5.3 系统硬件设计 ......................................................................53 第6章 PLC控制系统软件设计 .......................................................54 6.1 流程图设计 ..........................................................................54 6.1.1 系统子流程图设计 ........................................................54 6.1.2 系统主流程图设计 ........................................................56 第7章 设计过程及设备调试 ............................................................58 7.1 PLC与变频器通信设置 ........................................................58 7.2 PLC梯形图设计 ...................................................................64 第8章 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 体会.............................................................................65 参考文献............................................................................................66 致谢 ...................................................................................................67 第 3 页 共 67 页 第1章 概述 近年来，国内外对变电站主变冷却系统的进行了广泛、深入的研究，特别是随着计算机技术的发展，温度控制的研究取得了巨大的发展，形成了一批商品化的温度调节器，随着电子技术和计算机技术的广泛应用和飞速发展,电部件技术日趋成熟，传统被动式的冷却系统正在走向智能化和自动化。传统冷却系统不能更全面的适应实际运行时的冷却需求，从而无法实现对变压器油温在全运行工况内的合理控制。然而，采用电子驱动及控制技术，可以通过传感器和计算机芯片根据实际的变压器油温度控制运行,从而提供最佳的冷却介质流量,降低能耗,提高效率。随着科学技术的不断发展，人们对温度控制系统的要求愈来愈高，因此，高精度、智能化、人性化的控制是国内外必然发展趋势。 变电站主变是变电站的主要设备之一，随着负荷与外界环境的变化，变压器所需的冷却容量将频繁调整，传统的冷却系统控制方式分为手动与自动两种方式。手动方式缺点主要是:自动化水平低，增加值班人员工作量;冷却容量不能随温度的变化连续平滑调整，几组冷却风扇同时投入易产生冲击电流，污染电网;几组冷却风扇同时满载运行，噪声较大;远程无法监视冷却系统情况等。自动方式虽然提高了自动化水平，降低了值班人员工作量，但是变压器负荷变化时由温度继电器启动电磁型开关控制引起冷却系统频繁启停，开关故障率很高，可靠性低，很少被采用。本次设计结合PLC及变频技术，采用 第 4 页 共 67 页 MM440变频器及USS通信协议设计出新的变电站主变冷却风扇调速控制系统。本次设计对节能减排和变压器的安全、经济运行及长期使用寿命具有重要的意义。 第 5 页 共 67 页 第2章 MM440变频器 2.1 MM440变频器介绍 变频器MM440系列(MicroMaster440)是德国西门子公司广泛应用与工业场合的多功能标准变频器。该变频器由微处理器控制，用现代先进技术的绝缘栅双极晶体管作为输出器件，它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。 2.1.1 MM440变频器面板的操作 利用变频器的操作面板和相关参数设置，即可实现对变频器的某些基本操作如正反转、点动等运行。MM440在缺省设置时，用BOP控制电动机的功能是被禁止的。如果要用 BOP 进行控制，参数 P0700应设置为 1，参数 P1000 也应设置为 1。用基本操作面板(BOP)可以修改任何一个参数。修改参数的数值时，BOP有时会显示“busy”， 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明变频器正忙于处理优先级更高的任务。下面就以设置P1000=1的过程为例，来介绍通过基本操作面板(BOP)修改设置参数的流程，见表2-1。 表2-1 基本操作面板(BOP)修改设置参数流程 操作步骤 BOP显示结果 1 按键，访问参数 2 按键，直到显示P1000 第 6 页 共 67 页 3 按键，直到显示in000，即 P1000的第0组值 4 按键，显示当前值2 5 按键，达到所要求的值1 6 按键，存储当前设置 7 按键，显示r0000 8 按键，显示频率 2.1.2 MM440变频器参数设置 (1)设定P0010,30和P0970,1，按下P键，开始复位，复位过程大约3min，这样就可保证变频器的参数回复到工厂默认值。 (2)设置电动机参数，为了使电动机与变频器相匹配，需要设置电动机参数。电动机参数设置见表2-2。电动机参数设定完成后，设P0010=0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。 表2-2 电动机参数设置 参数号 出厂值 设置值 说明 P0003 1 1 设定用户访问级为标准级 P0010 0 1 快速调试 P0100 0 0 功率以KW表示，频率为50Hz P0304 230 380 电动机额定电压(V) P0305 3.25 1.05 电动机额定电流(A) 第 7 页 共 67 页 P0307 0.75 0.37 电动机额定功率(KW) P0310 50 50 电动机额定频率(Hz) P0311 0 1400 电动机额定转速(r/min) (3)设置面板操作控制参数，见表2-3。 表2-3 面板基本操作控制参数 参数号 出厂值 设置值 说明 P0003 1 1 设用户访问级为标准级 P0010 0 0 正确地进行运行命令的初始化 P0004 0 7 命令和数字I/O P0700 2 1 由键盘输入设定值(选择命令源) P0003 1 1 设用户访问级为标准级 P0004 0 10 设定值通道和斜坡函数发生器 P1000 2 1 由键盘(电动电位计)输入设定值 P1080 0 0 电动机运行的最低频率(Hz) P1082 50 50 电动机运行的最高频率(Hz) P0003 1 2 设用户访问级为扩展级 P0004 0 10 设定值通道和斜坡函数发生器 P1040 5 20 设定键盘控制的频率值(Hz) P1058 5 10 正向点动频率(Hz) P1059 5 10 反向点动频率(Hz) P1060 10 5 点动斜坡上升时间(s) 第 8 页 共 67 页 P1061 10 5 点动斜坡下降时间(s) 2.1.3 MM440变频器控制端子的介绍 表2-4 变频器端子介绍 端子号 标识 功能 1 — 输出+10V 2 — 输出0V 3 ADC+ 模拟输入(+) 4 ADC- 模拟输入(-) 5 DIN1 数字输出1 6 DIN2 数字输出2 7 DIN3 数字输出3 8 — 带电位隔离的输出 +24 V / 最大。100mA 9 — 带电位隔离的输出 0 V / 最大。100 mA 10 RL1_B 数字输出 / NO (常开)触头 11 RL1_C 数字输出 / 切换触头 12 DAC+ 模拟输出 (+) 13 DAC- 模拟输出(-) 14 P+ RS485 串行接口 15 N- RS485 串行接口 第 9 页 共 67 页 2.1.4 MM440变频器的数字输入端口介绍 1.MM440变频器有6个数字输入端口，具体如图2.1所示。 图2.1 MM440变频器的数字输入端口 2.数字输入端口功能 MM440变频器的6个数字输入端口(DIN1~DIN6)，即端口“5”、“6”、“7”、“8”、“16”和“17”，每一个数字输入端口功能很多，用户可根据需要进行设置。参数号P0701~P0706为与端口数字输入1功能至数字输入6功能，每一个数字输入功能设置参数值范围均为0~99，出厂默认值均为1。以下列出其中几个常用的参数值，各数值的具体含义见表2-5。 表2-5 MM440数字输入端口功能设置表 参数值 功能说明 0 禁止数字输入 1 ON/OFF1(接通正转、停车命令1) 第 10 页 共 67 页 2 ON/OFF1(接通反转、停车命令1) 3 OFF2(停车命令2)，按惯性自由停车 4 OFF3(停车命令3)，按斜坡函数曲线快速 降速 9 故障确认 10 正向点动 11 反向点动 12 反转 13 MOP(电动电位计)升速(增加频率) 14 MOP降速(减少频率) 15 固定频率设定值(直接选择) 16 固定频率设定值(直接选择+ON命令) 17 固定频率设定值(二进制编码选择+ON命令) 25 直流注入制动 变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。是由由主电路和控制带电路组成的。主电路是给异步电动机提供可控电源的电力转换部分，变频器的主电路分为两类，其中电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波部分是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波部分是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的整流部分，吸收在转变中产生的电压脉 第 11 页 共 67 页 动的平波回路部分，将直流功率变换为交流功率的逆变部分。控制电路是给主电路提供控制信号的回路，它有决定频率和电压的运算电路，检测主电路数值的电压、电流检测电路，检测电动机速度的的速度检测电路，将运算电路的控制信号放大的驱动电路，以及对逆变器和电动机进行保护的保护电路组成。MICROMASTER 440 变频器适用于多种变速驱动应用。其灵活性使之具有极为广泛的应用范围。 第 12 页 共 67 页 第3章 PLC可编程控制器 3.1 PLC概述 可编程控制器(Programmable Controller，简称PC)是在传统的顺序控制器的基础上，为满足不断发展的大规模工业生产柔性控制的要求而逐步发展起来的。其功能基本限于开关量逻辑控制，仅执行逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能(所以当时称为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)。 由于可编程序控制器仍然处于不断发展之中，因此对它下一个确切的定义是困难的。为了使其生产和发展标准化，美国国际电工委员会(IEC)于1982年颁布了可编程序控制器标准草案，1985年提交了第二版，1987年的第三版对可编程序控制器作了如下的定义“可编程序控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其相关的外围设备都应该按照易于与控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 由此可见，可编程控制器是专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。 总之，可编程控制器也是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应 第 13 页 共 67 页 用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。 3.2 PLC的系统组成与工作原理 3.2.1 PLC的组成结构 PLC本质上是一台用于控制的专用计算机，因此它与一般的控制机在结构上有很大的相似性。PLC的主要特点是能力，也就是说，它的基本结构主要是围绕着适宜于过程控制的要求来进行设计的。按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。 整体式PLC是将中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。另外还有独立的I/O扩展单元与主机配合使用。主机中，CPU是PLC的核心，I/O单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路，通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。 组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能I/O单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。装有CPU单元的底板称为CPU底板，其它称为扩展底板。CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过10m。 3.2.2 PLC的扫描工作原理 与微机等待命令的工作方式不同，PLC采用循环扫描的工作方式 第 14 页 共 67 页 CPU从第一条指令开始按指令步序号作周期性的循环扫描，如果无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。 一个扫描周期主要分为三个阶段: 1. 输入刷新阶段 2. 程序执行阶段 3. 输出刷新阶段 输 输 输 用 用 出 入 输 输 输 写 出 户 户 程映 出 映 入 入 读 锁 输 序 输 象 端 象 端 锁 存 出 执寄 入 寄 子 子 存 器 设 行 读 存 设 存 器 备 备 器 器 输入刷新 输出刷新 程序执行 输入刷新 一个扫描周期 由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的，所以亦将这两个阶段统称为I,O刷新阶段。实际上，除了执行程序和I,O刷新外，PLC还要进行各种错误检测(自诊断功能)并与编程工具通讯，这些操作统称为“监视服务”。一般在程序执行后进行。 扫描周期的长短主要取决于程序的长短。 由于每一个扫描周期只进行一次I,0刷新，故使系统存在输入、 第 15 页 共 67 页 输出滞后现象。这对于一般的开关量控制系统不但不会造成影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。但对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞。 目前的可编程控制器有以下几个方面的发展趋势: (1)向小型化、专用化方向发展。当前开发出许多简易、经济、超小型可编程控制器，以使用于单机控制和机电一体化，真正成为继电器的替代品。 (2)向大型化、复杂化、高功能、分散型、多层分布式工厂自动化网络方向发展。可编程控制器输入输出容量已超过32K，扫描速度小于1mS/千步。 (3)编程语言和编程工具朝着标准化和高级化方向发展。 可编程控制器问世时间虽然不长，但已步入成熟阶段。这种工业专用微机系统是高精技术普及化的典范，使计算机进入工业各行业，使机械设备和生产线控制更新换代。可编程控制器将成为工业控制的主要手段和重要的基础控制设备。 3.2.3 PLC的优势 PLC的主要优点可概括如下: 1、高可靠性 (1)所有的输入接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。 第 16 页 共 67 页 (2)各个输入端口均采用RC滤波器，其滤波时间常数一般为10,20ms。 (3)各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 (4)采用性能优良的开关电源。 (5)对采用的器件进行严格的筛选。 (6)良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。 (7)大型PLC还可以采用双CPU构成冗余系统或用三CPU构成表决系统，使可靠性更进一步提高。 2、丰富的I/O接口模块 PLC针对不同的工业现场信号，如:交流或直流;开关量或模拟量;电压或电流;脉冲或电位;强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如:按钮;行程开关;接近开关;传感器及变送器;电磁线圈;控制阀等直接连接。另外，为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块;为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块等等。 3、采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。 4、编程简单易学 第 17 页 共 67 页 PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。 5、安装简单，维修方便 PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。 3.2.4 PLC类型的选择 S7-200 PLC系统是紧凑型可编程序控制器。系统的硬件构架由成系统的CPU模块和丰富的扩展模块组成。它能够满足各种设备的自动化控制需求。S7-200除具有PLC基本的控制功能外，更在如下方面具有独到之处。 , 功能强大的指令集 指令内容包括位逻辑指令、计数器、定时器、复杂数学运算指令、PID指令、字符串指令、时钟指令，以及和智能模块配合的专用指令等。 , 丰富强大的通讯功能 S7-200提供了近10种通讯方式以满足不同的应用需求，从简单的S7-200之间的通讯到S7-200通过PROFIBUS-DP网络通讯，甚至到 第 18 页 共 67 页 S7-200通过以太网通讯。在联网需要已日益成为必需的今天，强大的通讯无疑会使S7-200为更多的用户服务。可以说，S7-200的通讯功能已经远远超过了小型PLC的整体通讯水平。 , 编程软件的易用性 STEP7-MICRO/WIN32编程软件为用户提供了开发、编辑和监控的良好编程环境。全中文的界面、中文的在线帮助信息、WINDOWS的界面网络以及丰富的编程向导，能使用户快速进入状态，得心应手。 第 19 页 共 67 页 第4章 通信协议的介绍 4.1 S7—200的通信方式与通信参数的设置 4.1.1 S7-200的通信方式 S7-200的通信功能强，有多种通信方式可供用户选择。在运行Windows或Windows NT操作系统的个人计算机(PC)上安装了STET 7-Micro/WIN 32编程软后，PC可作为通信中的主站。 (1)单主站方式 单主站与一个或多个从站相连，STEP 7-Micro/WIN32每次和一个S7-200 CPU通信,但是它可以访问网络上的所有CPU。 (2)多主站方式 通信网络中有多个主站，一个或多个从站。带CP通信卡的计算机和文本显示器TD200、操作面板OP15是主站，S7-200 CPU可以是从站或主站。 4.1.2 网络部件 1、通信口 S7-200 CPU上的通信口是与RS-485兼容的9针D型连接器，符合欧洲标准EN 50170。表4-1给出了通信口的引脚分配。 表4-1 S7-200 CPU通信口引脚分配 针 PROFIBUS名称 端口0/端口1 第 20 页 共 67 页 1 屏蔽 逻辑地 2 24V返回 逻辑地 3 RS-485信号B RS-485信号B 4 发送申请 RTS(TTL) 5 5V返回 逻辑地 6 +5V +5V，100Ω串联电阻 7 +24V +24V 8 RS-485信号A RS-485信号A 9 不用 10位协议选择 连接器外 屏蔽 屏蔽 壳 2、网络连接器 利用西门子提供的两种网络连接器可以把多个设备很容易的连到网络中。两种连接器都有两组螺钉端子，可以连接网络的输入和输出。一种连接器仅提供连接到CPU的接口，而另一种连接器增加了一个编程接口。两种网络连接器还有网络偏置和终端偏置的选择开关，该开关在ON位置时的内部接线图，在OFF位置时未接终端电阻。接在网络端部的连接器上的开关应放在ON位置。 带有编程器接口的连接器可以把SIMATIC编程器或操作员面板接到网络中，而不用改动现有的网络连接。编程器接口的连接器把CPU来的信号传到编程器接口，这个连接器对于连接从CPU获取电源的设备(例如操作员面板TD200或OP3)很有用。 第 21 页 共 67 页 4.1.3 使用PC/PPI电缆通信 使用PC/PPI电缆可实现S7-200CPU与RS-232标准兼容的设备的通信。有两种不同型号的PC/PPI电缆: 1、带RS-232口的隔离型PC/PPI电缆，用5个DIP开关设置波特率和其他配置项。通信的波特率用PC/PPI电缆盒上的DIP开关来设置。 2、带RS-232口的非隔离型PC/PPI电缆，用4个DIP开关设置波特率，这种电缆已经被隔离型PC/PPI电缆取代。 当数据从RS-232传送到RS-485口时，PC/PPI电缆是发送模式。当数据从RS-485传送到RS-232口时，PC/PPI电缆是接收模式。检测到RS-232的发送线有字符时，电缆立即从接收模式切换到发送模式。RS-232发送线处于闲置的时间超过电缆切换时间时，电缆又切换到接收模式。这个时间与电缆上的DIP开关设置的波特率有关。 开关PC/PPI电缆的5号DIP设为0时，RS-232口为数据通信设备(DCE)模式，设置为1时，为数据终端设备(DTE)模式。表4-2是PC/PPI电缆各个引脚的定义。 表4-2 RS-485至RS-232DTE连接器引脚 RS-485连接器引脚 RS-232DTE连接器引脚 引脚引脚 信号说明 信号说明 号 号 数据载波检测 1 地(RS-485逻辑地) 1 (DCD)(不用) 第 22 页 共 67 页 接收数据(RD，输入2 24V(RS-485逻辑地) 2 到PC/PPI电缆) 发送数据(TD，从3 信号B(RxD/TxD+) 3 PC/PPI电缆输出) 数据终端就绪(DTR，4 RTS(TTL电平) 4 不用) 5 地(RS-485逻辑地) 5 地(RS-232逻辑地) 数据设置就绪(DSR，6 +5V(带100Ω串联电阻) 6 不用) 申请发送(RTS，7 24V电源 7 PC/PPI电缆输出) 清除发送(CTS，不8 信号A(RxD/TxD-) 8 用) 振铃指示器(RI，不9 协议选择 9 用) 注:调制解调器需要一个阴到阳的9针到25针的转换。 4.1.4 计算机使用的通信接口参数的设置 打开“设置PG/PC接口”对话框，“Micro/WIN”应出现在“Access Point of the Application(应用的访问接点)”列表框中。 PC/PPI电缆只能选用PPI协议:选择好通信协议后，单击“设置 PG/PC接口”对话框中的“属性(Properties)”按钮，然后在弹出的 第 23 页 共 67 页 窗口中设置通信参数。 PC/PPI电缆的PPI参数设置:如果使用PC/PPI电缆，在“设置PG/PC接口”对话框中单击“属性”按钮，就会出现PC/PPI电缆(PPI)的属性窗口。 进行通信时，STEP 7-Micro/WIN 32的默认设置为多主站PPI协议。此协议允许STEP 7-Micro/WIN 32与其他主站(TD 200与操作员面板)在网络中共为主站。选中PG/PC接口中PC/PPI电缆属性对话框中的“多主站网络(Multiple Master Netword)”，即可启动此模块，未选择时为单主站协议。 4.1.5 S7-200的网络通信协议 S7-200支持多种通信协议，如点对点接口(PPI)、多点接口(MPI)和PROFIBUS。它们都是基于字符的异步通信协议，带有起始位、8位数据、偶校验和1个停止位。通信帧由起始和结束字符、源和目的站地址、帧长度和数据完整性校验和组成。只要波特率相同，三个协议可以在网络中同时运行，不会相互影响。 协议支持一个网络上的127个地址(0,126)，网络上最多可有32个主站，网络上各设备的地址不能重复。运行STEP 7-Micro/WIN 32 的计算机的默认地址为0，操作员面板的默认地址为1，可编程控制器的默认地址为2。 1.点对点接口协议 PPI(Point-to-Point)是主/从协议，网络上的S7-200 CPU均为从 第 24 页 共 67 页 站，其他CPU、SIMATIC编程器或TD200为主站。 如果在用户程序中允许PPI主站模式，一些S7-200 CPU在RUN模式下可以作主站，它们可以用网络读(NETR)和网络写(NETW)指令读写其他CPU中的数据。S7-200 CPU作PPI主站时，还可以作为从站响应来自其他主站的通信申请。PPI没有限制可以有多少个主站与一个从站通信，但是在网络中最多只能有32个主站。 2.多点接口协议(MPI) MPI是集成在西门子公司的可编程序控制器、操作员界面和编程器上的集成通信接口，用于建立小型的通信网络。最多可接32个节点，典型数据长度为64字节，最大距离100m。 MPI(Multi-Point)可以是主/主协议或主/从协议。S7-300 CPU作为网络主站，使用主/主协议。对S7-200 CPU建立主/从连接，因为S7-200 CPU是从站。 MPI在两个相互通信的设备之间建立连接，一个连接可能是两个设备之间的非公用连接，另一个主站不能干涉两个设备之间已经建立的连接。主站可以短时间建立连接，或使连接长期断开。每个S7-200 CPU支持四个连接，每个EM277模块支持6个连接。它们保留两个连接，其中一个给SIMATIC编程器或计算机，另一个给操作员面板。保留的连接不能被其他类型的主站(如CPU)使用。 S7-200与计算机之间的MPI通信，S7-200要与计算机之间进行MPI通信，计算机内必须安装有CP5611网卡。 第 25 页 共 67 页 4.2 USS通信协议 USS协是由SIEMENSAG定义的，简单的串行数据通讯协议，SIEMENS所有传动产品都支持这个通用协议。与Profibus及其它协议相比，USS协议无须购置通讯附件，是一种低成本、高性能的工业网络组态连接 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 USS协议采用主-从结构，总线上可以连接1个主站和最多31个从站。在主站没有要求从站通信时，从站不能首先发送数据;各个从站之间也不能直接进行数据传输。主站一般为PLC或者PC机，从站可以是变频器或者直流调速器。 在其他一些串行通讯场合，例如PC机与智能终端，嵌入式系统网络，由于缺乏现成的标准协议，用户不得不自己制定一些协议。USS协议由于其简单、高效、灵活、易于实现，也被广泛的应用在这些场合。 USS 协议具有以下一些优点: (1) 是开放的，定义透明的系统。 (2) 由不同的制造商开发了多种产品。 (3) 在工业应用中证明效果很好。 (4) 减少了现场布线的数量;便于(不用更改布线)重新编程，监测和控制。 (5) 速度快，可达12Mbaud。 (6) 一个DP 系统最多可以连接125 个从站。 (7) 可以由一个主站或多个主站进行操作。 第 26 页 共 67 页 (8) 通讯方式可以是点对点或广播方式。 (9) 有支持和开发软件供使用。 4.2.1 USS协议的网络结构 国际化标准组织ISO (International Standard Origination) 制定的开放式系统互连OSI (Open Systems Interconnection)参考模型是一个7层次的标准模型，它定义了不同机种互连网络的标准框架结构，是一种概念性的和功能型的结构，它并不涉及任何特定系统互连的具体技术和方法。 (1 ) 物理层 主要为数据链路实体之间的比特传输而建立、维持和拆 除物理连接，提供机械、电气、功能及规程方法，其功能是负责一个数据终端设备和一个数据电路终接设备之间的建立、维持、和拆除物理连接。 (2 ) 数据链路层 主要负责数据在信道上的传输，提供功能和规章方面的手段，用于网络实体之间建立、维持和释放数据链路的连接，并传送数据链路服务数据单元。 (3 ) 网络层 是在开放系统之间建立、保持和终止网络连接的手段，并且为传送实体间提供功能和规程方面的手段，如负责路由选择和拥挤控制等。 (4 ) 传输层 提供两个进程之间可靠、透明的数据传输。 (5 ) 会话层 是合作实体组织同步它们之间的对话，以及管理其数据交换。 第 27 页 共 67 页 (6 ) 表示层 提供实体在通信时需要引用的信息表示方法，在两个表示实体之间提供会话连接的服务，并支持有序交换数据的交互。 (7 ) 应用层 为应用进程提供访问OSI的手段，是用户使用OSI环境的唯一窗口，为使用OSI的应用程序提供有意义的信息。从 OSI/RM7层模型来看，USS协议包含数据链路层和物理层，没有提供其他的五个层。 1.串行接口协议 通用的串行接口协议(USS)按照串行总线的主-从通讯原理来确定访问的方法。总线上可以连接一个主站和最多31个从站。主站根据通讯报文中的地址字符来选择要传输数据的从站。在主站没有要求它进行通讯时，从站本身不能首先发送数据，各个从站之间也不能直接进行信息的传输。 2.通讯报文的结构 每条报文都是以字符STX(=02hex)开始，接着是长度的说明(LGE)和地址字节(ADR)。然后是采用的数据字符。报文以数据块的检验符(BCC)结束。 STX LGE ADR 1 2 ... ... ... ... ...n BCC | 采用数据字符 | 图4.1 通讯报文的结构 有效的数据块分成两个区域，即PKW区(参数识别ID数值区)和PZD区(过程数据)。如图4.2所示。 第 28 页 共 67 页 | PKW区 | PZD区 | PKE IND PWEPWE2 ... ...PPZDPZD2 ... ... ...PZDn 1 WEn 1 图4.2 PKW和PZD区域 PKW 区定义通讯双方参数传递的机制，通过PKW 可以完成从站参数的读写。它包括三部分:PKE, IND, PWE。PKE和IND的信息是关于主站请求的任务(任务识别标记ID)或者应答报文的类型(应答识别标记)。PWE是被访问参数的数值。 USS协议的报文长度不是固定的，可以根据需要来确定。标准的USS报文长度为14字节，格式如下: 主站发往从站的报文如图4.3所示: STX LGE ADR PKE IND PWE STW HSW BCC 图4.3 主发站报文 主站发往从站的报文和从站应答的报文结构一样，只是数据代表的含义有所变化，STW 与ZSW 相对应，HSW与HIW相对应。STX : STX 区是一个字节的ASCII字符(02hex) ，表示一条信息的开始。 4.2.2 USS协议有关信息的详细说明 STX: STX 区是一个字节的ASCII 字符(02hex)，表示一条信息的开始。 LGE: LGE 区是一个字节，指明这一条信息中后跟的字节数目。按照USS 的技术说明，报文的长度是可以变化的，而且报文的长度必 第 29 页 共 67 页 须在报文的第2 个字节(即LGE)中说明.根据配置，可以把报文定义为固定的长度(参看PKE 和PZD 区的说明)。总线上的各个从站结点可以采用不同长度的报文。一条报文的最大长度是256 个字节.LGE 是根据所采用的数据字符数，地址字节(ADR)和数据块检验字符(BCC)确定的。显然，实际的报文总长度比LGE 要多2 个字节，因为字节STX 和LGE 没有计算在LGE 以内。MICROMASTER4 既可以采用变化的报文长度，也可以采用固定的报文长度。采用哪种报文长度由参数P2012 和P2013 来定义PZD 和PKW 的长度。最常用的固定长度是4个字(8字节)的PKW 区和2个字(4字节)的PZD 区，共有12 个数据字符。故得:LGE=12+2=14 ADR: ADR 区是一个字节，是从站结点(即变频器)的地址。地址字节每一位的寻址如图4.4所示。 7 6 5 4 3 2 1 0 0 X X | 从站节点地址 | 图4.4 地址(ADR)的位号 位5 是广播位。如果这一位设置为1，该信息就是广播信息，对串行链路上的所有信息都有效。结点号是不用判定的。USS 协议规范要求在PKW 区进行一些设置。 位6 表示镜象报文。结点号需要判定，被寻址的从站将未加更改的报文返回给主站。不用的位应设置为0。 BCC BCC区是长度为一个字节的校验和，用于检查该信息是否有 第 30 页 共 67 页 效。它是该信息中BCC前面所有字节“异或”运算的结果。如果根据校验和的运算结果，表明变频器接收到的信息是无效的，它将丢弃这一信息，并且不向主站发出应答信号。 PKE : 用来控制从站的运行参数设定，是一个16位的区域(两个字节)，如图4.5所示。 114 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 5 控制位 0 参数值 图4.5 PKE各个位的说明 IND: 参数的下标。 PWE :被访问参数的数值。 PZD 区域〔过程数据区)是为控制和监测从站而设计的。通讯报文的PZD 区是为控制和监测从站而设计的。在主站和从站中收到的PZD 总是以最高的优先级加以处理。处理PZD的优先级高于处理PKW 的优先级。PZD包括STW 和HSW，STW为从站的控制字，用于控制从机的运行动作，各位的具体含义应参考从机的说明书。 ZSW 为 从站的状态字，与STW相对应，为一个16位的区域。 HSW : 控制从机的输出频率。满额的值为16384 (4000H)，对应100%的输出频率。最大值为32768， 即200%的输出频率。当取值为3276865535时，表示反向的输出频率从0--200%变化，电机反转。 HIW : 运行参数实际值，与FEW 定义相同，为从站的实际频率值。USS协议的时序USS 中 定义数据传送格式为:1个启始位，8位数据，1 第 31 页 共 67 页 个偶校验位，1个停止位，共11位。每一帧数据的开头都有启动标志STX (02hex)，但是这对于从站清楚识别报文是不充分的，因为数据区中也会出现02 (hex)。因此主站在STX前定义了一个启动间隔，它是工作帧的一部分。启动间隔最少是两个字节的传送时间。例如，如果波特率为9600bps，那么最小启动间隔为:2X 1 1bi t/9600bps=2.3ms. 常见波特率一F的最小启动间隔，如表4-3所示。 表4-3 常见波特率的最小启动间隔 波特率 启动时间 4800bps 4.6ms 9600bps 2.3ms 19200bps 1.15ms 38400bps 0.58ms 187500bps 0.12ms 主站传送帧的结束标志BCC与从站应答帧的启动标志STX之间的时间间隔为应答延时，应答延时最大不超过20ms，并且大于启动间隔，即:启动间隔小于等于应答延时小于等于20ms所以 ，一个完整的通讯周期为=启动时间+主站传送帧时间+应答时间+从站应答帧时间 在一个完整的通讯周期中，主站和从站完成了一次通讯，互相交换了信息。显然通讯速率越快，通讯周期越短。表4-4是一些常用通讯速率下的通信周期。在实际使用时，通常要考虑系统的稳定性，周 第 32 页 共 67 页 期设置的长一些，给主机和从机充分的处理和响应时间 表4-4 常用波特率的通讯周期 波特率 通讯周期 4800bps 100ms 9600bps 50ms 19200bps 25ms 38400bps 15ms 4.2.3 USS的物理连接 USS采用RS485连接主站和从站。RS485采用差动电压，有着很高的抗噪声能力，通讯速度高达1OMbps，而且允许工作在超长距离的场合〔可达1000m)。 RS485是为多台机器之间进行通讯而设计的，一个RS485连接最多可以有256个节点。所有的西门子变频器都采用RS485硬件，有的也提供RS232接口。RS232适用于个人计算机与外围设备的接口。为了进行通讯，通讯伙伴之间要连接若干条互连线，并且约定如何交换数据。最简单的情况是由3条连线组成，即发送线(TX)，接收线(RX)和地线(GND)。RS232的设计仅适用于相距不远的两台机器之间的通讯，而且，这一台机器的TX线应连接到另一台机器的RX线，反之，这一台机器的RX线应连接到另一台机器的TX线。典型的电压等级是+/-12V。当使用PC机与变频器相连接时，需要一个RS232与RS485接口转换的设备，与主站USS的连接为线性拓扑结构，RS-485数据线 第 33 页 共 67 页 的两端均为节点。图4.6表示USS的线性拓扑结构。 主机 从站1 …(最多31个) 从站n 从站2 图4.6 USS的拓扑结构 USS协议支持的波特率为 : 300bps,600bps,1200bps,2400bps,4800bps,9600bps等，最高可达1875006ps.常用的有9600bps, 57600bps等 4.2.4 MICROMASTER4 有关USS 通讯的参数设置 MICROMASTER4 可以有两种USS 通讯接口:RS232 和RS485。RS232 接口用选件模块实现。RS485 接口是将端子14 和15 分别连接到P+和N-来实现。在有关参数的文献中，采用RS485 的USS 有时称为USS2，而采用RS232 的USS 称为USS1。无论哪种情况下，报文的结构都是相同的。通常，USS 的参数有两个下标，[下标0]对应于RS485，而[下标1]对应于RS232。 1. 基本设定 为了进行USS 通讯，必须确定变频器采用的是RS485 接口，还是RS232 接口。据此可以确定USS 参数应设定为哪个下标。 P0003 =2(访问第2 级的参数所必须的)。 第 34 页 共 67 页 P2010 =USS 波特率。这一参数必须与主站采用的波特率相一致。USS 支持的最大波特率是57600 波特。 P2011 =USS 结点地址。这是为变频器指定的唯一从站地址。一旦设置了这些参数，就可以进行通讯了。主站可以对变频器的参数(PKW 区)进行读和写，也可以监测变频器的状态和实际的输出频率(PZD 区)。 P0700 =4 或5。这一设置允许通过USS 对变频器进行控制。“PZD 区”一节中，给出了对每一位含义的解释。常规的正向运行(RUN)和停车(OFF1)命令分别是047F(hex)和047E(hex)。其它的例子已在“PZD 区”一节中给出。P1000 =4 或5。这一设置允许通过USS 发送主设定值。这是缺省情况下用P2000 进行的规格化，所以，4000(hex)=在P2000 中设定的数值(说明:P0700 和P1000 是相互独立的，必须根据需要分别进行设定)。 4.2.5 USS库中指令介绍 1. USS_INIT指令 第 35 页 共 67 页 图4.7 USS_INIT指令框图 USS_INIT指令被用于启用和初始化或禁止MicroMaster驱动器通讯。在使用任何其他USS协议指令之前，必须执行USS_INIT指令，且无错。一旦该指令完成，立即设置“完成”位，才能继续执行下一条指令。EN输入打开时，在每次扫描时执行该指令。仅限为通讯状态的每次改动执行一次USS_INIT指令。使用边缘检测指令，以脉冲方式打开EN输入。欲改动初始化参数，执行一条新USS_INIT指令。USS输入数值选择通讯协议:输入值1将端口0分配给USS协议，并启用该协议;输入值0将端口0分配给PPI，并禁止USS协议。BAUD(波特率)将波特率设为1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或115200。 ACTIVE(激活)表示激活驱动器。某些驱动器仅支持地址0至30。参阅图4.8中的激活驱动器输入说明和格式。会在背景中对任何带有“激活”标签的驱动器自动进行轮询，以便控制驱动器、收集状态和预防驱动器中的串联链接超时。可使用驱动器通讯时间中的驱动器扫描时间表计算驱动器状态轮询之间的时间。 MSB LSB 31 30 29 28 2 1 0 D31 D30 D29 „„„.. D2 D1 D0 图4.8 激活参数说明和格式 当USS_INIT指令完成时，DONE(完成)输出打开。“错误”输 第 36 页 共 67 页 出字节包含执行指令的结果USS指令执行错误标题定义可能因执行指令导致的错误条件。 2.USS_CTRL指令 图4.9 USS_CTRL指令框图 USS_CTRL指令被用于控制ACTIVE(激活)MicroMaster驱动器。USS_CTRL指令将选择的命令放在通讯缓冲区中，然后送至编址的驱动器(DRIVE(驱动器)参数)，条件是已在USS_INIT指令的ACTIVE(激活)参数中选择该驱动器。仅限为每台驱动器指定一条USS_CTRL指令。某些驱动器仅将速度作为正值 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 。如果速度为负值，驱动器将速度作为正值报告，但逆转D_Dir(方向)位。EN位必须打开，才能启用USS_CTRL指令。该指令应当始终启用。RUN(运行)(RUN/STOP(运行,停止))表示驱动器是打开(1)还是关闭(0)。当RUN(运行)位打开时，MicroMaster驱动器收到一条命令，按指定的速度和方向开始运行。为了使驱动器运行，必须符合以下条件:DRIVE(驱 第 37 页 共 67 页 动器)在USS_INIT中必须被选为ACTIVE(激活)。OFF2和OFF3必须被设为0。FAULT(故障)和INHIBIT(禁止)必须为0。当RUN(运行)关闭时，会向MicroMaster驱动器发出一条命令，将速度降低，直至电机停止。OFF2位被用于允许MicroMaster驱动器滑行至停止。OFF3位被用于命令MicroMaster驱动器迅速停止。Resp_R(收到应答)位确认从驱动器收到应答。对所有的激活驱动器进行轮询，查找最新驱动器状态信息。每次S7-200从驱动器收到应答时，Resp_R位均会打开，进行一次扫描，所有以下数值均被更新。F_ACK(故障确认)位被用于确认驱动器中的故障。当F_ACK从0转为1时，驱动器清除故障。DIR(方向)位表示驱动器应当移动的方向。“驱动器”(驱动器地址)输入是MicroMaster驱动器的地址，向该地址发送USS_CTRL命令。有效地址:0至31。“类型”(驱动器类型)输入选择驱动器的类型。将MicroMaster 3(或更早版本)驱动器的类型设为0。将MicroMaster 4驱动器的类型设为1。 Speed_SP(速度设定值)是作为全速百分比的驱动器速度。Speed_SP的负值会使驱动器反向旋转方向。范围:-200.0%至200.0%。 “错误”是一个包含对驱动器最新通讯请求结果的错误字节。USS指令执行错误标题定义可能因执行指令而导致的错误条件。 “状态”是驱动器返回的状态字原始数值。 “速度”是作为全速百分比的驱动器速度。范围:-200.0%至200.0%。 Run_EN(运行启用)表示驱动器是运行(1)还是停止(0)。 D_Dir表示驱动器的旋转方向。 第 38 页 共 67 页 “禁止”表示驱动器上的禁止位状态(0 - 不禁止，1 - 禁止)。欲清除禁止位，“故障”位必须关闭，RUN(运行)、OFF2和OFF3输入也必须关闭。 “故障”表示故障位状态(0 - 无故障，1 - 故障)。驱动器显示故障代码。(有关您的驱动器，请参阅用户手册)。欲清除故障位，纠正引起故障的原因，并打开F_ACK位。 第 39 页 共 67 页 第5章 PLC控制系统硬件设计 5.1 模拟量扩展模块EM235 EM 235模块是组合强功率精密线性电流互感器、意法半导体(ST)单片集成变送器ASIC芯片于一体的新一代交流电流隔离变送器模块，它可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的DC4,20mA(通过250Ω电阻转换DC 1,5V或通过500Ω电阻 转换DC2,10V)恒流环标准信号，连续输送到接收装置(计算机或显示仪表)。 表3-1所示为如何用DIP开关设置EM 235模块。开关1到6可选择模拟量输入范围和分辨率。所有的输入设置成相同的模拟量输入范围和格式。表3.2所示为如何选择单/双极性(开关6)、增益(开关4和5)和衰减(开关1、2和3)。下表3.2中，ON为接通，OFF为断开。 EM235是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。模拟量扩展块提供了模拟量输入/输出的功能，使用与复杂的控制现场和直接与传感器执行器相连接，具有12位的分辨率和多种输入/输出范围，并且EM235模块可直接与PT-100热电阻相连。EM235模块是组合强功率精密线性电流互感器、意法半导体(ST)单片集成变送器ASIC芯片于一体的新一代交流电流隔离变送器模块，它可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的DC4-20mA恒流环标准信号，连续输送到接收装置。 第 40 页 共 67 页 EM235是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。下面以EM235为例讲解模拟量扩展模块接线图，如图5.1。 图5.1 模拟量扩展模块接线图 图5.1演示了模拟量扩展模块的接线方法，对于电压信号，按正、负极直接接入X，和X,;对于电流信号，将RX和X，短接后接入电流输入信号的“，”端;未连接传感器的通道要将X，和X,短接。 EM235的常用技术参数如表5-1所示: 第 41 页 共 67 页 表5-1:EM235的常用技术参数 模拟量输入特性 模拟量输入点数 4 输入范围 电压(单极性)0,10V 0,5V 0,1V 0,500mV 0,100mV 0,50mV 电压(双极性)?10V ?5V ?2.5V ?1V ?500mV ?250mV ?100mV ?50mV ?25mV 电流0,20mA 数据字格式 双极性 全量程范围-32000,+32000 单极性 全量程范围0,32000 分辨率 12位A/D转换器 模拟量输出特性 模拟量输出点数 1 信号范围 电压输出 ?10V 电流输出0,20mA 数据字格式 电压-32000,+32000 电流0,32000 分辨率电流 电压12位 电流11位 下表5-2说明如何用DIP开关设置EM235扩展模块，开关1到6可选择输入模拟量的单/双极性、增益和衰减。 表5-2 DIP开关设置EM235扩展模块对应表 EM235开关 单/双极性择 增益选择 衰减选择 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 第 42 页 共 67 页 ON 单极性 OFF 双极性 OFF OFF X1 OFF ON X10 ON OFF X100 ON ON 无效 ON OFF OFF 0.8 OFF ON OFF 0.4 OFF OFF ON 0.2 由上表可知，DIP开关SW6决定模拟量输入的单双极性，当SW6为ON时，模拟量输入为单极性输入，SW6为OFF时，模拟量输入为双极性输入。 SW4和SW5决定输入模拟量的增益选择，而SW1，SW2，SW3共同决定了模拟量的衰减选择。 根据上表6个DIP开关的功能进行排列组合，所有的输入设置如下表5-3所示: 表5-3 输入设置表 单极性 满量程输入 分辨率 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF ON 0到50mV 12.5μV OFF ON OFF ON OFF ON 0到100mV 25μV 第 43 页 共 67 页 ON OFF OFF OFF ON ON 0到500mV 125uA OFF ON OFF OFF ON ON 0到1V 250μV ON OFF OFF OFF OFF ON 0到5V 1.25mV ON OFF OFF OFF OFF ON 0到20mA 5μA OFF ON OFF OFF OFF ON 0到10V 2.5mV 双极性 满量程输入 分辨率 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF OFF ?25mV 12.5μV OFF ON OFF ON OFF OFF ?50mV 25μV OFF OFF ON ON OFF OFF ?100mV 50μV ON OFF OFF OFF ON OFF ?250mV 125μV OFF ON OFF OFF ON OFF ?500 250μV OFF OFF ON OFF ON OFF ?1V 500μV ON OFF OFF OFF OFF OFF ?2.5V 1.25mV OFF ON OFF OFF OFF OFF ?5V 2.5mV OFF OFF ON OFF OFF OFF ?10V 5mV 6个DIP开关决定了所有的输入设置。也就是说开关的设置应用于整个模块，开关设置也只有在重新上电后才能生效。 输入校准 模拟量输入模块使用前应进行输入校准。其实出厂前已经进行了 第 44 页 共 67 页 输入校准，如果OFFSET和GAIN电位器已被重新调整，需要重新进行输入校准。其步骤如下: A、 切断模块电源，选择需要的输入范围。 B、 接通CPU和模块电源，使模块稳定15分钟。 C、 用一个变送器，一个电压源或一个电流源，将零值信号加到一 个输入端。 D、 读取适当的输入通道在CPU中的测量值。 E、 调节OFFSET(偏置)电位计，直到读数为零，或所需要的数 字数据值。 F、 将一个满刻度值信号接到输入端子中的一个，读出送到CPU的 值。 G、 调节GAIN(增益)电位计，直到读数为32000或所需要的数 字数据值。 H、 必要时，重复偏置和增益校准过程。 EM235输入数据字格式 下图5.2给出了12位数据值在CPU的模拟量输入字中的位置 图5.2 位数据值在CPU的模拟量输入字中的位置 第 45 页 共 67 页 可见，模拟量到数字量转换器(ADC)的12位读数是左对齐的。最高有效位是符号位，0表示正值。在单极性格式中，3个连续的0使得模拟量到数字量转换器(ADC)每变化1个单位，数据字则以8个单位变化。在双极性格式中，4个连续的0使得模拟量到数字量转换器每变化1个单位，数据字则以16为单位变化。 EM235输出数据字格式 图5.3给出了12位数据值在CPU的模拟量输出字中的位置: 图5.3 位数据值在CPU的模拟量输出字中的位置 数字量到模拟量转换器(DAC)的12位读数在其输出格式中是左端对齐的，最高有效位是符号位，0表示正值。 模拟量扩展模块的寻址 每个模拟量扩展模块，按扩展模块的先后顺序进行排序，其中，模拟量根据输入、输出不同分别排序。模拟量的数据格式为一个字长，所以地址必须从偶数字节开始。例如:AIW0，AIW2，AIW4„„、AQW0，AQW2„„。每个模拟量扩展模块至少占两个通道，即使第一个模块只 第 46 页 共 67 页 有一个输出AQW0,第二个模块模拟量输出地址也应从AQW4开始寻址，以此类推。 图5.4演示了CPU224后面依次排列一个4输入/4输出数字量模块，一个8输入数字量模块，一个4模拟输入/1模拟输出模块，一个8输出数字量模块，一个4模拟输入/1模拟输出模块的寻址情况，其中，灰色通道不能使用。 图5.4 模拟量值和A/D转换值的转换 假设模拟量的标准电信号是A0—Am(如:4—20mA)，A/D转换后数值为D0—Dm(如:6400—32000)，设模拟量的标准电信号是A，A/D转换后的相应数值为D，由于是线性关系，函数关系A,f(D)可以表示为数学方程: A,(D,D0)×(Am,A0),(Dm,D0)，A0。(若是0-10v,则A0=0)(量程) 根据该方程式，可以方便地根据D值计算出A值。将该方程式逆变换，得出函数关系D,f(A)可以表示为数学方程: D,(A,A0)×(Dm,D0),(Am,A0)，D0。 第 47 页 共 67 页 具体举一个实例，以S7-200和4—20mA为例，经A/D转换后，我们得到的数值是6400—32000，即A0,4，Am,20，D0,6400，Dm,32000，代入公式，得出: A,(D,6400)×(20,4),(32000,6400)，4 假设该模拟量与AIW0对应，则当AIW0的值为12800时，相应的模拟电信号是6400×16,25600，4,8mA。(采集的模拟量) 又如，某温度传感器，,10—60?与4—20mA相对应，以T表示温度值，AIW0为PLC模拟量采样值，则根据上式直接代入得出: T=70×(AIW0,6400),25600,10 (如果使用4-20ma输入转换:x=32000*(AIWx-6400)/(32000-6400)输出转换:Y=计算值*(32000-6400)/32000+6400) 可以用T 直接显示温度值。 模拟量值和A/D转换值的转换理解起来比较困难，该段多读几遍，结合所举例子，就会理解。为了让您方便地理解，我们再举一个例子: 某压力变送器，当压力达到满量程5MPa时，压力变送器的输出电流是20mA，AIW0的数值是32000。可见，每毫安对应的A/D值为32000/20，测得当压力为0.1Mpa时，压力变送器的电流应为4mA，A/D值为(32000/20)×4,6400。由此得出，AIW0的数值转换为实际压力值(单位为Kpa)的计算公式为: VW0的值,(AIW0的值,6400)(5000,100)/(32000,6400)，100(单位:Kpa)(压力量程0.1Mpa-5Mpa) 第 48 页 共 67 页 编程实例 组建一个小的实例系统演示模拟量编程。本实例的CPU，仅带一个模拟量扩展模块EM235，该模块的第一个通道连接一块带4—20mA变送输出的温度显示仪表，该仪表的量程设置为0—100度，即0度时输出4mA，100度时输出20mA。温度显示仪表的铂电阻输入端接入一个220欧姆可调电位器，简单编程如下: 温度显示值,(AIW0-6400)/256 (温度显示值=(AIW0-6400)*(100-0)/(32000-6400)+0) 编译并运行程序，观察程序状态，VW30即为显示的温度值，对照仪表显示值是否一致。 5.2 温度检测模块的介绍 1.热电阻温度传感器简介 第 49 页 共 67 页 热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的一种传感器温度计。热电阻温度传感器分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。热电阻广泛用于测-200~+850?C范围内的温度，少数情况下，低温可测至1K，高温达1000?C。 热电阻传感器由热电阻、连接导线及显示仪表组成，热电阻也可以与温度变送器连接，将温度转换为标准电流信号输出。用于制造热电阻的材料应具有尽可能大和稳定的电阻温度系数和电阻率，输出最好呈线性，物理化学性能稳定，复线性好等。目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。 PT-100 pt100是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。PT100的阻值与温度变化关系为:当PT100温度为0?时它的阻值为100欧姆，在100?时它的阻值约为138.5欧姆。它的工业原理:当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。 电阻式温度检测器是一种物质材料组成的电阻，它会随温度升高而改变电阻值，如果它随温度的上升而电阻值也跟着上升就称为正电阻系数，如果它随温度上升反而下降就称为负电阻系数。大部分电阻式温度检测器是以金属做成的，其中以白金做成的电阻式温度检测器，最为稳定、耐酸、不会变质、相当线性等等，最受工业界采用。 PT-100温度传感器是一种以白金做成的电阻式温度检测器，属 第 50 页 共 67 页 于正电阻系数，在电阻和温度变化的关系式如下:R=Ro(1+aT)其中a=0.00392，Ro为100欧姆，T为摄氏温度因此白金做成的电阻式温度检测器，又称为PT-100。 1:Vo=2.55mA*100(1+0.00392T)=0.225+T/1000。 2:量测Vo时，不可分出任何电流，否则量测值会不准。电路分析由于一般电源供应较多零件之后，电源是带杂讯的，因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件，由于7.2齐纳二极体的作用，使得1K电阻和5K可变电阻之电压和为6.5V，靠5K可变电阻的调整可决定电晶体的射极电流，而我们必须将集极电流调为2.55mA使得量测电压V如箭头所示为2.55+T/1000。其后的非反向放大器，输入电阻几乎无限大，几乎同时又放大10倍，使得运算放大器输出位2.55+T/100。6V齐纳二极体的作用如7.2V齐纳二极体的作用，我们利用它调出2.55V，因此电压追随器的输出电压V1亦为2.55V。其后差动放大器之输出为Vo=10(V2-V1)=10(2.55+T/100-2.55)=T/10，如果现在温室为25?C，则输出电压为2.5V。 2.热电阻工作原理 与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。下面以铂电阻温度传感器为例:Pt100 是电阻式温度传感器，测温的本质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号，然后再将模拟信 第 51 页 共 67 页 号转换成数字信号，再由处理器换算出相应温度。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即 式中，Rt为温度t时的阻值;Rt0为温度t0(通常t0=0?)时对应电阻值α为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为: 式中Rt为温度为t时的阻值;A、B取决于半导体材料的结构的常数。相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高(通常在数千欧以上)，但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50,300?左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200,500?范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。其热电阻测温电路如图5.5所示: 图5.5 热电阻测温电路 第 52 页 共 67 页 变压器远方测温可以分为两种类型,一类是通过热电阻信号进行数据远传。其热电阻可以是单独的传感器,也可以在本体温控仪的传感器中采用复合结构,通过温度变送器将非电量转换为电量送至主控室的监控盘上。另一类是用电信号进行远传。即温度变送器安装在温控仪内部,常见于绕组温控仪。其结构是跟随压力式温控仪的指针转动,带动一个滑线电阻器,这一电阻值的变化,作为温度变送器的输入。本设计所采用的变压器油温的变送原理如图5.6所示: 图5.6 压器油温的变送原理 温度变速器的恒流源输出一恒定电流。在热电阻上形成电压信号，该电压信号与热电阻阻值成正比，测得该电压信号即可获得温度值。 5.3系统硬件设计 系统的原理图如图5.7所示: (付费部分~两棵树) 第 53 页 共 67 页 第6章 PLC控制系统软件设计 6.1 流程图设计 流程图有时也称作输入-输出图。该图直观地描述一个工作过程的具体步骤。流程图对准确了解事情是如何进行的，以及决定应如何改进过程极有帮助。这一方法可以用于整个企业，以便直观地跟踪和图解企业的运作方式。 流程图使用一些标准符号代表某些类型的动作，如决策用菱形框表示，具体活动用方框表示。但比这些符号规定更重要的，是必须清楚地描述工作过程的顺序。流程图也可用于设计改进工作过程，具体做法是先画出事情应该怎么做，再将其与实际情况进行比较。 6.1.1 系统子流程图设计 1.通信模块流程图设计 系统通信模块流程图如图6.1所示: 第 54 页 共 67 页 开始 初始化USS- CTRL 发送控制指令USS-CTRL 变频器通信初始化 读取变频器参数USS- RPM_X 写变频器参数USS-图6.1 系统通信模块流程图 WPM_X 2.温度检测模块流程图设计 系统温度检测模块流程图如图6.2所示: 第 55 页 共 67 页 将温度信号转开始换为电压信号 热电阻测温初始化EM235 读取温度值A/D转换 采用热电桥测A/D转换量电路 温度变送器A/D转换 结束 图6.2 系统温度检测模块流程图 6.1.2 系统主流程图设计 系统主流程图如图6.3所示: 第 56 页 共 67 页 开始 系统初始化 S7-200PLC控制 Y初始化EM-235温度是否小于50度,以60%满速输出初始化USS-INIT N Y温度是否大于等于50初始化EM-235发送控制指令A/D转换度小于85度,以80%满速输出 N变频器通信初始化 Y初始化EM-235温度是否大于85度,以100%满速输出读写变频器参数 N N温度是否大于95度,备用电机转动主电机转动 Y热电阻1测温热电阻2测温初始化EM-235闪烁报警 温度变速器1温度变速器2A/D转换 图6.3 系统主流程图 第 57 页 共 67 页 第7章 设计过程及设备调试 7.1 PLC与变频器通信设置 本次设计研究的方向是PLC与变频器利用USS协议进行通信，实现对电机转速的控制。其主要是了解电动机拖动风扇转动的过程，通过连接PLC，实现检测变压器油温度的设计，将其传递给变频器。再通过变频器对信号的接收以及对变频器相应参数的调试，最终使得电动机的转速满足控制要求，最终实现对变压器油温的控制。PLC与MM440变频器之间采用的是利用USS协议进行通讯。利用MM420变频器的RS-485通信口与PLC的串行口进行通信。 PLC软件应用及参数设置 本次设计是应用S7-200软件进行编写程序的，程序输入输出及梯形图如下: 1、主程序(MAIN) 此处为初始化USS通信程序，当第一次扫描的时候SM0.1将接通运行程序,程序中MODE=1时设定端口0选为USS通信方式;BAUD=9600时是设定波特率为9600;Active=00040000时设定变频器18号工作 第 58 页 共 67 页 站。此设置要与变频器中的波特率、变频器工作号等一致。否则通信将失败，通信成功时，Q0.3将输出显示PLC中Q0.3灯亮。 PLC的CPU运行时，此程序将运行，在VD2中设定运行圈数，VD4设定每圈的脉冲数，VD0中设定总的脉冲数，在VD10中设定开始减速时候的脉冲数，本设计不分析减速的情况，在VD100中设定变频器的初始频率，在VD104中输出的是变频器频率，此过程执行的是设定转动圈数和起使运行频率的。 第 59 页 共 67 页 开启启动按扭，I0.7触点闭合，执行VD0与HC3收到的脉冲信号进行相减运算，结果放在VD20中，VD20中的脉冲信号与VD10中的相比较，小则M0.5通，否则不通。Q0.7的输出为检测I0.7是否已经闭合，这个过程是事先设定变频器的阀值。 当HC3中的脉冲信号大于VD0中的脉冲信号的时候，线圈M0.6的得电，电动机实现制动过程，此段程序就是计数脉冲达到设定值时输出直流制动信号。 第 60 页 共 67 页 此处就是输出未达到阀值时输出初始设定值。 当输出频率达到阀值时，M0.5触点导通，输出运算过的频率值;当计数脉冲达到设定值时输出直流制动信号时，M0.6触点断开，此段程序停止工作。 第 61 页 共 67 页 PLC中CPU得电，SM0.0通，使得USS通信使能，当I0.7闭合的时候。此程序运行条件是Drive=18,Type=1,Drive要与变频器号一致，否则通信将失败。OFF2位是迅速停止，OFF3位是缓速停止，F_ACK位是故障排除位，DIR位是旋转方向位。Resp_R位是使能位，Status位是状态位，Speed位是转速输出位。Inhibit位是禁止位，Fault位是故障位。 第 62 页 共 67 页 当USS通信故障时，接通触点I0.6使得线圈M2.3得电，清除故障位作用，从新启动PLC故障排除。Q0.6输出监视I0.6触点是否动作。 1. 变频器通信参数设置 在将驱动连至S7-200之前，你必须确保驱动具有以下系统参数。使用驱动上的键盘设置参数: 1、将驱动恢复位出场设置:P0010=30 P0970=1 2、使能对所有参数的读/写访问:P0003=3 3、检查驱动的电机设置:P0304=380V(额定电机电压) P0305=1.12A(额定电机电流) P0307=0.18KW(额定电机功率) P0310=50.0HZ(额定电机频率) P0311=1430r/min(额定电机转速) (注:在设定电机参数之前，要把P0010设置为1，设置电机参数后，把P0010该会0状态) 4、设置本地/远程控制模式:P0700=5。 5、在COM连接中设置到USS得频率设定值:P1000=5。 6、斜坡上升时间:P1120=10。 7、斜坡下降时间:P1121=10。 8、设置串行连接参考频率:P2000=50。 9、设置USS标准化:P2009=0。 10、设置RS-485串行口的波特率:P2010=6。 第 63 页 共 67 页 11、输入从站地址:P2011=18。 12、从RAM向EEPRAM传送数据:P0971=1。 2 .电机调试 将已经写好的LAD程序下载到PLC模块中，运行PLC，将PLC参数送给变频器，变频器输出频率，进而控制电机的转速，然后用同轴编码器，讲速度信号改变成脉冲信号，送回个PLC输入端，PLC中的高速计数器探测到脉冲信号后，与给定值进行比较，如果测得的脉冲信号大于给定的脉冲信号，那么电机将减速，反馈的脉冲信号减小，高速计数器再次探得信号与给定值比较转速将上升，直至输出一个稳定的转速。如果测得的脉冲信号小于个给定的脉冲信号，那么用它们的差值减去减速时候的脉冲信号，倘若结果为正，电机则输出设定的值;倘若结果为负，则电机转速将下降，反馈信号将减小，同理使得转速回升，直至一个稳定的速度。 在调试的过程中，改变VD2和VD100的参数，可以提高或降低变频器的频率，从而使得转速提升或下降。 7.2 PLC梯形图设计 系统PLC梯形图如图6.4所示: (付费部分) 第 64 页 共 67 页 第8章 总结体会 由于变电站主变冷却系统传统控制方式存在诸多弊端，利用新技术对其进行改造势在必行。系统利用变频技术，结合主变油温的反馈调节，从而将主变油温控制在一个较小的给定范围，这对节能减排和主变的安全、经济运行以及延长其使用寿命具有重要意义。 PLC(可编程控制器)以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于现代工业的自动控制之中。PID闭环控制是控制系统中应用很广泛的一种控制算法，对大部分控制对象都有良好的控制效果。整个设计的规划是相当优越的，前期的准备过程，也是殚精竭力的规划。然而，在设计过程中，依然存在诸多的问题，主要体现在温度检测与变压器油温结合实现检测的模块设计，PLC与变频器实现USS通信的原理等，尽管总体上实现了设计要求，完成了设计任务，但是相关的硬件接线的物理实现，软件控制的操作过程能否在实践中投入运行，依然是一个未知数。故此，一个完美的设计依然有待开发。 第 65 页 共 67 页 参考文献 [1] 马宁，孔红. S7-300 PLC和MM440变频器的原理与使用. 机械工业出版社，2007 [2] 王巍， Rex Miller Mark R.Miller . 实用工业电器与电机的控制. 科学出版社，2009 [3] 仲明振，赵相宾. 低压变频器应用手册.机械工业出版社， 2009 [4] Andrzej M. Trzynadlowski. 异步电动机的控制. 李鹤轩等，译. 机械工业出版社，2003 [5] 周渊深. 感应电动机交-交变频调速系统的内模控制技术. 电子工业出版社，2005 [6] 黄立培. 电动机控制. 清华大学出版社，2003 [7] Bimal K. Bose. 现代电力电子学与交流传动. 王聪等，译. 机械工业出版社，2005 [8] 冯垛生. 变频器实用指南. 人民邮电出版社，2007 [9] 陈伯时，陈敏逊. 交流调速系统. 机械工业出版社，2013 [10] 宋峰青. 变频技术. 中国劳动技术社会保障出版社，2004 [11] 王建，徐红亮，张宏. 变频器操作实训. 机械工业出版社，2012 第 66 页 共 67 页 致谢 岁月的脚步匆匆接踵而来，离别的日子如期而至，毕设的任务圆满完成。在毕设的这段无聊、枯燥、自由、紧张、新奇而又充实的时光里，感谢我们的傅龙飞老师盛情的陪伴、精心的指导、以及那无微不至的关怀，感谢我那些勤劳的组友给我心灵上的陪伴、困惑时的解答、设计上的支援。此刻我正用文字描摹这个毕设后的情怀，用挚诚的心感悟留在毕设上的记忆，除了感激，还夹杂着浓浓的不舍。在这段毕设的日子里，也让我感受到，在未来的路上，需要我们做的是，永远怀着一颗探索的情怀，在前行的道路上求实创新、求是创新。明日风景很好，需要我们一同起航。 第 67 页 共 67 页