基于PLC的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)

1、畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題 目：基于PLC的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)目錄摘要Abstract II1緒論 11.1 研究繼電保護(hù)的目的11.2 繼電保護(hù)的根本任務(wù)11.3 開(kāi)展及現(xiàn)狀 21.4 繼電保護(hù)的未來(lái)開(kāi)展 41.5 本設(shè)計(jì)中使用 PLC研究的優(yōu)勢(shì) 61.6 本設(shè)計(jì)的主要工作72 MM440的使用及S7-200的USS通訊設(shè)置 82.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖及設(shè)計(jì)要求 82.2 MM440的局部參數(shù)92.3 USS協(xié)議簡(jiǎn)介 102.3.1 通訊報(bào)文的結(jié)構(gòu) 102.3.2 有效的數(shù)據(jù)字符 112.4S7-200中USS指令介紹及使用 132.4.1 USS 指令 132.4.2 S7-200中通訊接口設(shè)置 152.

2、4.3 通訊程序 173 WINCC FLEXIBLE組態(tài)軟件通訊介紹及應(yīng)用193.1 人機(jī)界面(HMI)簡(jiǎn)介 193.2 WINCC FLEXIBLE 簡(jiǎn)介 193.3 WINCC FLEXIBLE及HMI在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 213.3.1 工程要求 213.3.2 S7-200中的通訊設(shè)置 223.3.3 WinCC flexible 中新建工程 234 MCGS組態(tài)軟件介紹及使用294.1 組態(tài)概念294.2 MCGS組態(tài)根本介紹294.2.1 MCGS組態(tài)概念及特點(diǎn) 294.2.2 MCGS 的構(gòu)成304.2.3 MCGS組態(tài)軟件的工作方式 314.3 用MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的保護(hù)動(dòng)

3、作組態(tài) 324.3.1 設(shè)計(jì)要求 324.3.2 組態(tài)及屬性設(shè)置 335 PROFIBUS的介紹及使用385.1 現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介 385.1.1 現(xiàn)場(chǎng)總線概念 385.1.2 現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn) 385.1.3 現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn) 385.1.4 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的開(kāi)展趨勢(shì) 395.2 PROFIBUS 介紹 395.2.1 簡(jiǎn)介 395.2.2 組成 395.2.3 功用 405.2.4 性能405.3S7-300與 S7-200 的 PROFIBUS 通信 406總結(jié)和展望42參考文獻(xiàn)43致謝 44附件1 451 .網(wǎng)絡(luò)模型圖 452 .短路電流計(jì)算463 .斷路器整定值計(jì)算52基于PLC的電力系統(tǒng)繼電

4、保護(hù)摘要繼電保護(hù)是保證電力系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié),目前多數(shù)基于DSP、RBFN、LabVIEW 的設(shè)計(jì)方法不便于監(jiān)控人員的使用.而PLC本身抗干擾性強(qiáng),編程簡(jiǎn)單,具有遠(yuǎn)程監(jiān)控、平安可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn),因此本文基于西門(mén)子PLC進(jìn)行繼電保護(hù)設(shè)計(jì).首先根據(jù)給定的網(wǎng)絡(luò)模型,進(jìn)行短路電流計(jì)算及整定值確實(shí)定.然后利用S7-200與變頻器MM440進(jìn)彳t USS通訊,實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)及變速運(yùn)行.分別利用WinCC flexible組態(tài)軟件構(gòu)建觸摸屏人機(jī)界面系統(tǒng),利用 MCGS組態(tài)軟件在計(jì)算機(jī)上組建網(wǎng)絡(luò)組態(tài)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控和組網(wǎng)的動(dòng)態(tài)演示.最后 利用S7-300為主站,與S7-200及變頻器組建了 P

5、ROFIBUS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了 PLC與PLC及變 頻器的多機(jī)通信和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè).關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；西門(mén)子 PLC; WinCC flexible ; MCGS組態(tài)；PROFIBUSPower System Relay Protection based on PLCAbstractRelay Protection plays an important part to ensure the power system running steadily. At present ,most of the current design are mostly based on DSP, RBFN and

6、 LabVIEW technologies. It is not convenientto usersThe PLC has some merits, such as good anti-interference ability, easily to be programmed, remote control, secure and reliable, economic and practical. This paper of Relay Protection depends on PLC.Firstly, short-circuit calculation and setting value

7、 of current protection are based on a given network. Then through the S7-200 and converter MM440 for USS, it can be abtained to control the motor starting and speeding up. On one hand, the touch screen interface system can be constructed with WinCC flexible software. On the other hand, computer-mach

8、ine interface system can also be configureted with MCGS software. Therefore it achieves real-time monitoring and dynamic animation. At last, the S7-300 as the main station, the S7-200 and Frequency Changer as slave station, are forming a net. This design realizes the real-time monitoring and multi-m

9、achine communications between the PLC and PLC and inverter.Keywords: Relay protection; Siemens PLC; WinCC flexible; MCGS configuration; PROFIBUS1緒論1.1研究繼電保護(hù)的目的電力系統(tǒng)的運(yùn)行要求平安可靠、電能質(zhì)量高、經(jīng)濟(jì)性好.但是,電力系統(tǒng)的組成元件 數(shù)量多,結(jié)構(gòu)各異,運(yùn)行情況復(fù)雜,覆蓋的地域遼闊.因此,受自然條件、設(shè)備及人為因 素的影響,可能出現(xiàn)各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài).故障中最常見(jiàn)、危害最大的是各種形式 的短路.發(fā)生短路時(shí)可能造成的危害：(1)故障點(diǎn)

10、的很大的短路電流燃起的電弧,使故障設(shè)備損壞.(2)從電流到短路點(diǎn)間流過(guò)的短路電流,它們引起的發(fā)熱和電動(dòng)力將造成在該路徑中有 關(guān)的非故障元件的損壞.(3)靠近故障點(diǎn)的局部地區(qū)電壓大幅度下降, 使用戶(hù)的正常工作遭到破壞或影響產(chǎn)品質(zhì) 量.(4)破壞電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性,引起系統(tǒng)振蕩,甚至使該系統(tǒng)瓦解和崩潰.繼電保護(hù)是研究電力系統(tǒng)故障和危及平安運(yùn)行的異常工況,以探討其對(duì)策的反事故自 動(dòng)化舉措.在其開(kāi)展過(guò)程中曾主要用觸點(diǎn)的繼電器來(lái)保護(hù)電力系統(tǒng)及其元件(發(fā)電機(jī)、變壓 器、輸電線路等),使之免遭損害.根本任務(wù)是：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí),在可 能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi),自動(dòng)將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切

11、除,或發(fā)出信號(hào)由值班人員 消除異常工況根源,以減輕或預(yù)防設(shè)備的損壞和對(duì)相鄰地區(qū)供電的影響.繼電保護(hù)是隨著電力系統(tǒng)的開(kāi)展而開(kāi)展起來(lái)的. 20世紀(jì)初隨著電力系統(tǒng)的開(kāi)展,繼電 器開(kāi)始廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的保護(hù),這時(shí)期是繼電保護(hù)技術(shù)開(kāi)展的開(kāi)端.最早的繼電保護(hù) 裝置是熔斷器.從20世紀(jì)50年代到90年代末,在40余年的時(shí)間里,繼電保護(hù)完成了發(fā) 展的4個(gè)階段,即從電磁式保護(hù)裝置到晶體管式繼電保護(hù)裝置、到集成電路繼電保護(hù)裝置、再到微機(jī)繼電保護(hù)裝置1.繼電保護(hù)裝置是當(dāng)電力系統(tǒng)中的電力元件 (如發(fā)電機(jī)、線路等)或電力系統(tǒng)本身發(fā)生了 故障危及電力系統(tǒng)平安運(yùn)行時(shí),能夠向運(yùn)行值班人員及時(shí)發(fā)出警告信號(hào),或者直接向所控 制

12、的斷路器發(fā)出跳閘命令以終止這些事件開(kāi)展的一種自動(dòng)化舉措和設(shè)備.1.2 繼電保護(hù)的根本任務(wù)(1)當(dāng)被保護(hù)的電力系統(tǒng)元件發(fā)生故障時(shí), 應(yīng)該由該元件的繼電保護(hù)裝置迅速準(zhǔn)確地給 脫離故障元件最近的斷路器發(fā)出跳閘命令,使故障元件及時(shí)從電力系統(tǒng)中斷開(kāi),以最大限 度地減少對(duì)電力系統(tǒng)元件本身的損壞,降低對(duì)電力系統(tǒng)平安供電的影響,并滿(mǎn)足電力系統(tǒng) 的某些特定要求(如保持電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性等).(2)反響電氣設(shè)備的不正常工作情況, 并根據(jù)不正常工作情況和設(shè)備運(yùn)行維護(hù)條件的不 同(例如有無(wú)經(jīng)常值班人員)發(fā)出信號(hào),以便值班人員進(jìn)行處理,或由裝置自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)整, 或?qū)⒛切├^續(xù)運(yùn)行會(huì)引起事故的電氣設(shè)備予以切除.反響不正常

13、工作情況的繼電保護(hù)裝置 允許帶一定的延時(shí)動(dòng)作.(3)為了保證電源不中斷,繼電保護(hù)裝置應(yīng)將備用電源投入或經(jīng)自動(dòng)裝置進(jìn)行重合閘.繼電保護(hù)裝置應(yīng)滿(mǎn)足可行性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性的要求.(1)靈敏性靈敏性表示保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí),繼電保護(hù)裝置的反響水平,通 常以靈敏系數(shù)表示.在設(shè)備或線路的被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生金屬性短路時(shí),保護(hù)裝置應(yīng)具有必 要的靈敏系數(shù).(2)可靠性在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了屬于其應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí),保護(hù)裝置不應(yīng)拒動(dòng)作；而在任 何不屬于其應(yīng)該動(dòng)作的情況下,保護(hù)裝置不應(yīng)該誤動(dòng)作.(3)快速性為預(yù)防故障擴(kuò)大,減輕其危害程度,加快系統(tǒng)電壓的恢復(fù),提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定 性,在系統(tǒng)發(fā)

14、生故障時(shí),保護(hù)裝置應(yīng)盡快動(dòng)作,切除故障.(4)選擇性在可能的最小區(qū)間切除故障,保證最大限度地向無(wú)故障局部繼續(xù)供電.即首先由距故 障點(diǎn)最近的斷路器動(dòng)作切除故障線路,盡量減小停電范圍,保證系統(tǒng)中無(wú)故障局部仍能正 常運(yùn)行2.1.3 開(kāi)展及現(xiàn)狀隨著電力系統(tǒng)容量日益增大,范圍越來(lái)越廣,僅設(shè)置系統(tǒng)各元件的繼電保護(hù)裝置,遠(yuǎn) 不能預(yù)防發(fā)生全電力系統(tǒng)長(zhǎng)期大面積停電的嚴(yán)重事故.為此必須從電力系統(tǒng)全局出發(fā),研 究故障元件被相應(yīng)繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作切除后,系統(tǒng)將呈現(xiàn)何種工況,系統(tǒng)失去穩(wěn)定時(shí)將 出現(xiàn)何種特征,如何盡快恢復(fù)其正常運(yùn)行等.系統(tǒng)保護(hù)的任務(wù)就是當(dāng)大電力系統(tǒng)正常運(yùn)行 被破壞時(shí),盡可能將其影響范圍限制到最小,負(fù)荷停電

15、時(shí)間減到最短.自二十世紀(jì)初第一代機(jī)電型感應(yīng)式過(guò)流繼電器 1901年在電力系統(tǒng)應(yīng)用以來(lái),繼電保 護(hù)已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)世紀(jì)的開(kāi)展.在最初的二十多年里,各種新的繼電保護(hù)原理相繼出現(xiàn), 如差動(dòng)保護(hù)1908年、電流方向保護(hù)1910年、距離保護(hù)1923年、高頻保護(hù)1927年, 這些保護(hù)原理都是通過(guò)測(cè)量故障發(fā)生后的穩(wěn)態(tài)工頻量來(lái)檢測(cè)故障的.盡管以后的研究工作 不斷開(kāi)展和完善了電力系統(tǒng)的保護(hù),但是這些保護(hù)的根本原理并沒(méi)有變,至今仍然在電力 系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域中起主導(dǎo)作用.繼電保護(hù)裝置是保證電力系統(tǒng)平安運(yùn)行的重要設(shè)備.滿(mǎn)足電力系統(tǒng)平安運(yùn)行的要求是 繼電保護(hù)開(kāi)展的根本動(dòng)力.為到達(dá)快速性、靈敏性、選擇性和可靠性這四項(xiàng)根本要

16、求,繼 電保護(hù)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員借助各種先進(jìn)科學(xué)技術(shù)手段作出不懈的努力.經(jīng)過(guò)近百年的開(kāi)展,在 繼電保護(hù)原理完善的同時(shí),構(gòu)成繼電保護(hù)裝置的元件、材料等也發(fā)生了巨大的變革.繼電 保護(hù)裝置經(jīng)歷了機(jī)電式、整流式、晶體管式、集成電路式、微處理機(jī)式等不同的開(kāi)展階段 3 050年代,我國(guó)工程技術(shù)人員創(chuàng)造性地吸收、消化、掌握了國(guó)外先進(jìn)的繼電保護(hù)設(shè)備性 能和運(yùn)行技術(shù),建成了一支具有深厚繼電保護(hù)理論造詣和豐富運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì) 伍,對(duì)全國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍的建立和成長(zhǎng)起了指導(dǎo)作用.60年代是我國(guó)機(jī)電式繼電保護(hù)繁榮的時(shí)代,為我國(guó)繼電保護(hù)技術(shù)的開(kāi)展奠定了堅(jiān)實(shí)根底.自50年代末,晶體管繼電保護(hù)已在開(kāi)始研究.60年代中到8

17、0年代中是晶體管繼電保 護(hù)蓬勃開(kāi)展和廣泛采用的時(shí)代.在此期間,從 70年代中,基于集成運(yùn)算放大器的集成電 路保護(hù)已開(kāi)始研究.到 80年代末集成電路保護(hù)已形成完整系列,逐漸取代晶體管保護(hù). 到90年代初集成電路保護(hù)的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用仍處于主導(dǎo)地位,這是集成電路保護(hù)時(shí)代.國(guó)內(nèi)微機(jī)保護(hù)的研究開(kāi)始于 70年代末期,起步較晚,但開(kāi)展很快.1984年我國(guó)第一 套微機(jī)距離保護(hù)樣機(jī)在試運(yùn)行后通過(guò)鑒定并批量生產(chǎn),以后每年都有新產(chǎn)品問(wèn)世；1990年第二代微機(jī)線路保護(hù)裝置正式投入運(yùn)行.目前,高壓線路、低壓網(wǎng)絡(luò)、各種主電氣設(shè)備都 有相應(yīng)的微機(jī)保護(hù)裝置在系統(tǒng)中運(yùn)行,特別是線路保護(hù)已形成系列產(chǎn)品,并得到廣泛應(yīng)用. 我國(guó)在

18、2000年220kV及以上系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)率為 43.99%,線路微機(jī)保護(hù)占86%,到2003 年底,220kV以上系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)已占到 70.29%,線路的微機(jī)化率到達(dá)97.6%.實(shí)際運(yùn)行 中,微機(jī)保護(hù)的正確動(dòng)作率要明顯高于其他保護(hù),一般比平均正常動(dòng)作率高 0.20.3個(gè)百 分點(diǎn).國(guó)產(chǎn)微機(jī)保護(hù)經(jīng)過(guò)多年的實(shí)際運(yùn)行,依靠先進(jìn)的原理和技術(shù)及良好的工藝已全面超 越進(jìn)口保護(hù).從80年代220KV及以上電壓等級(jí)的電力系統(tǒng)全部采用進(jìn)口保護(hù),到現(xiàn)在 220KV系統(tǒng)繼電保護(hù)根本國(guó)產(chǎn)化,反映了繼電保護(hù)技術(shù)在我國(guó)的長(zhǎng)足開(kāi)展和國(guó)產(chǎn)繼電保護(hù) 設(shè)備的明顯優(yōu)勢(shì)4.微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)的成熟與開(kāi)展是近三十年來(lái)繼電保護(hù)領(lǐng)域最顯著的

19、進(jìn)展.經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期 的研究和實(shí)踐,現(xiàn)在人們已普遍認(rèn)可了微機(jī)保護(hù)在電網(wǎng)中無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì).微機(jī)保護(hù)具有 自檢功能,有強(qiáng)大的邏輯處理水平、數(shù)值計(jì)算水平和記憶水平,并且具備很強(qiáng)的數(shù)字通信 水平,這一切都是電磁繼電器、晶體管繼電器所難以匹敵的.計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,更高性 能、更高精度的數(shù)字外圍器件的采用,一直是微機(jī)繼電保護(hù)不斷開(kāi)展的強(qiáng)大動(dòng)力.1.4 繼電保護(hù)的未來(lái)開(kāi)展繼電保護(hù)技術(shù)未來(lái)趨勢(shì)是向計(jì)算機(jī)化,網(wǎng)絡(luò)化,智能化,保護(hù)、限制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通 信一體化開(kāi)展.(1)計(jì)算機(jī)化隨著計(jì)算機(jī)硬件的迅猛開(kāi)展,微機(jī)保護(hù)硬件也在不斷開(kāi)展.原華北電力學(xué)院研制的微 機(jī)線路保護(hù)硬件已經(jīng)歷了 3個(gè)開(kāi)展階段：從8位單CPU結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)

20、問(wèn)世,不到5年時(shí) 間就開(kāi)展到多CPU結(jié)構(gòu),后又開(kāi)展到總線不出模塊的大模塊結(jié)構(gòu), 性能大大提升,得到了 廣泛應(yīng)用.(2)網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時(shí)代的技術(shù)支柱,使人類(lèi)生產(chǎn)和社會(huì) 生活的面貌發(fā)生了根本變化.它深刻影響著各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域,也為各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域提供了強(qiáng)有 力的通信手段.到目前為止,除了差動(dòng)保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)外,所有繼電保護(hù)裝置都只能反響 保護(hù)安裝處的電氣量.繼電保護(hù)的作用也只限于切除故障元件,縮小事故影響范圍.這主 要是由于缺乏強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)通信手段.國(guó)外早已提出過(guò)系統(tǒng)保護(hù)的概念,這在當(dāng)時(shí)主要指 平安自動(dòng)裝置.因繼電保護(hù)的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍(這是首要任

21、務(wù)),還要保證全系統(tǒng)的平安穩(wěn)定運(yùn)行.這就要求每個(gè)保護(hù)單元都能共享全系統(tǒng)的運(yùn)行和故 障信息的數(shù)據(jù),各個(gè)保護(hù)單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的根底上協(xié)調(diào)動(dòng)作,確 保系統(tǒng)的平安穩(wěn)定運(yùn)行.顯然,實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)保護(hù)的根本條件是將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保 護(hù)裝置用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來(lái),亦即實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化.這在當(dāng)前的技術(shù)條件下 是完全可能的.對(duì)于一般的非系統(tǒng)保護(hù),實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)也有很大的好處.繼電保護(hù)裝置 能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多,那么對(duì)故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測(cè)愈準(zhǔn)確. 對(duì)自適應(yīng)保護(hù)原理的研究已經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的時(shí)間,也取得了一定的成果,但要真正實(shí)現(xiàn)保護(hù)對(duì) 系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的

22、自適應(yīng),必須獲得更多的系統(tǒng)運(yùn)行和故障信息,只有實(shí)現(xiàn)保護(hù) 的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化,才能做到這一點(diǎn).3保護(hù)、限制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化在實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下,保護(hù)裝置實(shí)際上就是一臺(tái)高性能、多 功能的計(jì)算機(jī),是整個(gè)電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)智能終端.它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng) 運(yùn)行和故障的任何信息和數(shù)據(jù),也可將它所獲得的被保護(hù)元件的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng) 絡(luò)限制中央或任一終端.因此,每個(gè)微機(jī)保護(hù)裝置不但可完成繼電保護(hù)功能,而且在無(wú)故 障正常運(yùn)行情況下還可完成測(cè)量、限制、數(shù)據(jù)通信功能,亦即實(shí)現(xiàn)保護(hù)、限制、測(cè)量、數(shù) 據(jù)通信一體化.目前,為了測(cè)量、保護(hù)和限制的需要,室外變電站的所有設(shè)備,如變壓器、線

23、路等的 二次電壓、電流都必須用限制電纜引到主控室.所敷設(shè)的大量限制電纜不但要大量投資, 而且使二次回路非常復(fù)雜.但是如果將上述的保護(hù)、限制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化的計(jì)算 機(jī)裝置,就地安裝在室外變電站的被保護(hù)設(shè)備旁,將被保護(hù)設(shè)備的電壓、電流量在此裝置 內(nèi)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后,通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)送到主控室,那么可免除大量的限制電纜.如果用光纖 作為網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì),還可免除電磁干擾5.現(xiàn)在光電流互感器OTA和光電壓互感器OTV已在研究試驗(yàn)階段,將來(lái)必然在電力系 統(tǒng)中得到應(yīng)用.在采用 OTA和OTV的情況下,保護(hù)裝置應(yīng)放在距 OTA和OTV最近的地 方,亦即應(yīng)放在被保護(hù)設(shè)備附近.OTA和OTV的光信號(hào)輸入到此一體

24、化裝置中并轉(zhuǎn)換成 電信號(hào)后,一方面用作保護(hù)的計(jì)算判斷；另一方面作為測(cè)量量,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)送到主控室.從 主控室通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可將對(duì)被保護(hù)設(shè)備的操作限制命令送到此一體化裝置,由此一體化裝置執(zhí) 行斷路器的操作.1992年天津大學(xué)提出了保護(hù)、限制、測(cè)量、通信一體化問(wèn)題,并研制了 以TMS320C25數(shù)字信號(hào)處理器DSP為根底的一個(gè)保護(hù)、限制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化裝 置.4智能化近年來(lái),人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各 個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用,在繼電保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用的研究也已開(kāi)始.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射 的方法,很多難以列出方程式或難以求解的復(fù)雜的非線性問(wèn)題,應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法那么可迎刃

25、而解.例如在輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢(shì)角度擺開(kāi)情況下發(fā)生經(jīng)過(guò)渡電阻的短路就是一非線性 問(wèn)題,距離保護(hù)很難正確作出故障位置的判別,從而造成誤動(dòng)或拒動(dòng)；如果用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方 法,經(jīng)過(guò)大量故障樣本的練習(xí),只要樣本集中充分考慮了各種情況,那么在發(fā)生任何故障時(shí) 都可正確判別.其它如遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃等也都有其獨(dú)特的求解復(fù)雜問(wèn)題的水平.將這 些人工智能方法適當(dāng)結(jié)合可使求解速度更快.天津大學(xué)從1996年起進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)式繼電保護(hù)的研究,已取得初步成果.可以預(yù)見(jiàn),人工智能技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域必會(huì)得到應(yīng)用, 以解決用常規(guī)方法難以解決的問(wèn)題6.在日本,就有人對(duì)繼電保護(hù)的數(shù)字化動(dòng)向做過(guò)研究,他們認(rèn)為,今后的電力系統(tǒng)將日 益多端化,

26、或增加電纜系統(tǒng)等,對(duì)保護(hù)繼電器將進(jìn)一步要求高功能化7.可以認(rèn)為,輸電線的主保護(hù)由于光傳送技術(shù)的進(jìn)步而得到充實(shí)的數(shù)字傳送系統(tǒng).國(guó)內(nèi)外繼電保護(hù)的開(kāi)展趨勢(shì)必然會(huì)在微機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化,保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量、限制、網(wǎng) 絡(luò)通訊一體化和人機(jī)智能化的根底上有更新的突破.1.5 本設(shè)計(jì)中使用PLC研究的優(yōu)勢(shì)傳統(tǒng)的繼電保護(hù)大都采用電磁式繼電器,由于制造廠商的不同,其性能和參數(shù)差異較 大；即使是同一型號(hào)的器件,其動(dòng)作值也參差不同,給繼電保護(hù)的整定和調(diào)試帶來(lái)許多不 便.傳統(tǒng)的時(shí)間繼電器延時(shí)誤差較大,且?guī)в须S機(jī)性,不能使繼電保的上下極之間在時(shí)限 上很好地配合,易造成越級(jí)跳閘現(xiàn)象.傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置體積龐大笨重, 金屬消耗量大,

27、 且接線較多,易造成直流操作系統(tǒng)多點(diǎn)接地故障引起繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作.受繼電器機(jī)械 壽命的影響,保護(hù)裝置的可靠性較差.更主要的原因是傳統(tǒng)的繼電保護(hù)方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足 電力系統(tǒng)自動(dòng)化要求.而微機(jī)的編程及調(diào)試都比較復(fù)雜,不易被廣闊的電氣技術(shù)人員所接 受；PLC采用的是電氣梯形圖語(yǔ)言,即使不具備微機(jī)知識(shí)的電氣技術(shù)人員也能很快掌握； 況且PLC的功能強(qiáng)大,具有限制、計(jì)數(shù)、定時(shí)、定位、運(yùn)算、通訊等多種功能,可以滿(mǎn)足 電力系統(tǒng)的遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)的要求.PLC在硬件和軟件兩方面分別采用了屏蔽、隔離、故障自診斷和自恢復(fù)等舉措,使 PLC具有的抗干擾水平；所以,將 PLC應(yīng)用于電 力系統(tǒng)繼電保護(hù)之中,會(huì)大大提

28、升電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性 8.PLC可采用S7系列產(chǎn)品,具特點(diǎn)是體積小、抗干擾水平強(qiáng)、可靠性高、編程語(yǔ)言豐 富、對(duì)I/O、A/D擴(kuò)展方便等.CPU224有24個(gè)I/O接口,并具有兩個(gè) RS485接口,可以 方便地與人機(jī)界面交換數(shù)據(jù),與其它 PLC組網(wǎng)或與遠(yuǎn)程上位機(jī)連接.電流互感器檢測(cè)到主回路中的故障電流信號(hào),經(jīng)變送器變成電壓信號(hào),經(jīng) A/D變成 CPU所能處理的二進(jìn)制信息,根據(jù)檢測(cè)到的電流大小來(lái)決定是定時(shí)限過(guò)流保護(hù)動(dòng)作還是速 斷過(guò)流保護(hù)動(dòng)作；并作出相應(yīng)的顯示及報(bào)警.可編程限制器PLC可以簡(jiǎn)單地視為具有特殊體系結(jié)構(gòu)的工業(yè)計(jì)算機(jī),比一般計(jì)算機(jī) 有更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程相連的接口,具有更適應(yīng)于限制要求的編程

29、語(yǔ)言.在由繼電器組成的 限制系統(tǒng)里,為了完成一項(xiàng)操作任務(wù),要把各個(gè)分立元件如繼電器、接觸器、電子元件等 用導(dǎo)線連接起來(lái),這對(duì)于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯關(guān)系以及需要定期改變操作任務(wù)來(lái)說(shuō),采用這樣 的連接方式顯然是不適宜的.而在用PLC就可以簡(jiǎn)單地解決上述問(wèn)題,通過(guò)軟件編程的方 式來(lái)代替實(shí)際的各個(gè)分立元件之間的接線. 為了減少占地面積,還可以用PLC內(nèi)部己定義 的各種輔助繼電器來(lái)取代傳統(tǒng)的機(jī)械觸點(diǎn)繼電器 9 o1.6 本設(shè)計(jì)的主要工作本設(shè)計(jì)中,主要使用西門(mén)子設(shè)備進(jìn)行保護(hù)設(shè)置,這種遠(yuǎn)程監(jiān)控,不僅方便快捷,而且 平安有效,占用空間少,經(jīng)濟(jì)可行.在了解了變頻器MM440的參數(shù)意義及設(shè)定,USS通訊協(xié)議及在S7-2

30、00中的指令使用 后,利用S7-200對(duì)MM440進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控.使用 USS指令,初始化并激活所要限制的 MM440 ,對(duì)它的所要限制的變量在 MM440中的參數(shù)經(jīng)行讀取或參數(shù)改寫(xiě),來(lái)限制變頻器 動(dòng)作,如啟動(dòng)、停止、變速等.利用MCGS組態(tài)軟件,設(shè)計(jì)工程,進(jìn)行變量連接,運(yùn)行策略組態(tài),將所建工程設(shè)為啟 動(dòng)窗口后,在運(yùn)行環(huán)境中運(yùn)行組態(tài),即可看到設(shè)計(jì)的動(dòng)畫(huà)組態(tài).使用 WinCC flexible組態(tài)西門(mén)子人機(jī)界面HMI,設(shè)置 WinCC flexible、HMI及S7-200 的通信速率.在WinCC flexible中建立工程,根據(jù)設(shè)計(jì)要求組態(tài)畫(huà)面,連接S7-200及HMI , 將工程下載到HMI

31、中,便于遠(yuǎn)程限制.在后面的相關(guān)局部,將進(jìn)行詳細(xì)介紹.同時(shí),可以使用 S7-300作為主站,S7-20R遠(yuǎn)程I/O接口 EM277等作從站,使用 PROFIBUS協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組建,實(shí)時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控.2 MM440的使用及 S7-200的USS通訊設(shè)置2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖及設(shè)計(jì)要求以下圖為電力系統(tǒng)的模型網(wǎng)絡(luò)圖,圖 2-1:ARG圖2-1網(wǎng)絡(luò)模型如以下圖電力系統(tǒng),系統(tǒng)參數(shù)如下：發(fā)電機(jī)：Gi： S=50MVA, Un=10kV, Xd%=12.5;發(fā)電機(jī)：G2： S=50MVA, Un=10kV, Xd%=12.5;發(fā)電機(jī)：G3： S=60MVA, Un=10kV, Xd%=10.5;變壓器：Ti:

32、S=40MVA, Ud%=9.5; T2: S=40MVA, Ud%=9.5;T3： S=40MVA, Ud%=7.2; T4： S=20MVA, Ud%=10.5;T5： S=20MVA, Ud%=10.5; T6： S=30MVA, Ud%=9.75;Lg=50km, Ldc=50km, Lf=40km,線路：Lab=50km, Lad=60km, Lbc=40km, Lbg=70km,Le=40km 線路正序阻抗=0.4 Q/km網(wǎng)絡(luò)的最大運(yùn)行方式是三臺(tái)發(fā)電機(jī)都投入運(yùn)行, 網(wǎng)絡(luò)的最小運(yùn)行方式為G1和G2運(yùn)行,G3停運(yùn),計(jì)算F末端短路電流短路電流及斷路器整定值的計(jì)算過(guò)程詳見(jiàn)計(jì)算書(shū)附錄1本設(shè)

33、計(jì)中用變頻器限制電機(jī)運(yùn)行,即用電機(jī)代替斷路器在遠(yuǎn)程監(jiān)控中執(zhí)行動(dòng)作.PLC中有模擬量輸入輸出模塊,在生產(chǎn)過(guò)程中有大量的連續(xù)變化的模擬量需要用PLC來(lái)測(cè)量或監(jiān)控,像電流、壓力等物理量,需要轉(zhuǎn)變成 CPU能處理的數(shù)字量.模擬量首先被傳感器或 變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電流或電壓,PLC再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字量.在轉(zhuǎn) 換時(shí)注意轉(zhuǎn)換器和模擬輸入輸出塊的量程,找出被測(cè)物理量與A/D轉(zhuǎn)換后的比例關(guān)系10.2.2 MM440的局部參數(shù)下面,僅根據(jù)本設(shè)計(jì)中將要使用的局部參數(shù)經(jīng)行簡(jiǎn)單介紹及設(shè)定.在驅(qū)動(dòng)連至S7-200之前,我們必須保證驅(qū)動(dòng)具有以下系統(tǒng)參數(shù),使用驅(qū)動(dòng)上的按鍵設(shè) 置參數(shù)：(1)保證以下參數(shù)的設(shè)

34、置：USS PZD 長(zhǎng)度：P2021(Index0)=2USS PKW 長(zhǎng)度：P2021(Index0)=127(2)使能對(duì)所有參數(shù)的讀/寫(xiě)訪問(wèn)(專(zhuān)家模式)：P0003=3(3)檢查驅(qū)動(dòng)的電機(jī)設(shè)置：要設(shè)置參數(shù) P304, P305, P307, P310和P311,必須先將 參數(shù)P010設(shè)為1(快速調(diào)試模式),當(dāng)完成參數(shù)設(shè)置后,將參數(shù)P010再設(shè)為0.參數(shù)P304, P305, P307, P310和P311只能在快速調(diào)試模式下修改.P0304=380V,額定電機(jī)電壓,P0305=0.8A,額定電機(jī)電流,P0307=250W,額定功率,P0310=50Hz,額定電機(jī)頻率,P0311=1400r

35、/min,額定電機(jī)速度,這些設(shè)置因使用的電機(jī)而不同11.(4)設(shè)置本地/遠(yuǎn)程限制模式：P0700(Index0)=5,(5)在COM鏈接中設(shè)置到 USS的頻率設(shè)定值：P1000 (Index0)=5附應(yīng)9.6kbps),(6)斜坡上升時(shí)間(可選)：P1120=10(0至65000)這是一個(gè)以秒為單位的時(shí)間,在這個(gè) 時(shí)間內(nèi),電機(jī)加速至最高頻率.(7)斜坡下P1時(shí)問(wèn)(可選)：P1121=8(0至65000)這是一個(gè)以秒為單位的時(shí)間,在這個(gè)時(shí) 間內(nèi),電機(jī)減速至完全停止.(8)設(shè)置串行鏈接參考頻率：P2000=50(1至650Hz),(9)設(shè)置 USS 標(biāo)準(zhǔn)化：P2021(Index0)=0,(10)

36、設(shè)置 RS-485 串口波特率：P2021(Index0)=6(9600波特),(11)輸入從站地址：P2021(Index0)=1(0至31),每個(gè)驅(qū)動(dòng)(最多31)都可通過(guò)總線操作,(12)設(shè)置串行鏈接超時(shí)：P2021(Index0)=0至65535毫秒(0=超時(shí)禁止),這是到來(lái)的兩個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文之間最大的間隔時(shí)間.該特性可用來(lái)在通訊失敗時(shí)關(guān)斷變頻 器.當(dāng)收到一個(gè)有效的數(shù)據(jù)報(bào)文后,計(jì)時(shí)啟動(dòng).如果在指定時(shí)間內(nèi)未收到下一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文, 變頻器關(guān)斷并顯示故障代碼F0070O該值設(shè)為零那么關(guān)斷該限制.(13)從RAM向EEPROM傳送數(shù)據(jù)：P0971=1(啟動(dòng)彳專(zhuān)迭)將參數(shù)設(shè)置的改變存入 EEPROM.2

37、.3 USS協(xié)議簡(jiǎn)介利用S7-200與MM440變頻器通訊,通過(guò)變送器等設(shè)備,將模擬信號(hào)輸入 PLC,通過(guò) S7-200監(jiān)控MM440動(dòng)作.通用的串行接口協(xié)議(USS)根據(jù)串行總線的主-從通訊原理來(lái)確定訪問(wèn)的方法.總線上 可以連接一個(gè)主站和最多 31個(gè)從站.主站根據(jù)通訊報(bào)文中的地址字符來(lái)選擇要傳輸數(shù)據(jù) 的從站.在主站沒(méi)有要求它進(jìn)行通訊時(shí),從站本身不能首先發(fā)送數(shù)據(jù),各個(gè)從站之間也不 能直接進(jìn)行信息的傳輸.2.3.1 通訊報(bào)文的結(jié)構(gòu)每條報(bào)文都是以字符STX(=02hex)開(kāi)始,接著是長(zhǎng)度的說(shuō)明(LGE)和地址字節(jié)(ADR)然后是采用的數(shù)據(jù)字符.報(bào)文以數(shù)據(jù)塊的檢驗(yàn)符(BCC)結(jié)束.如圖2-2:STX

38、LEGADR12 圖2-2通訊報(bào)文的結(jié)構(gòu)BCCSTX: STX區(qū)是一個(gè)字節(jié)的 ASCIISTX字符(02hex),表示一條信息的開(kāi)始.LGE: LGE區(qū)是一個(gè)字節(jié),指明這一條信息中后跟的字節(jié)數(shù)目.根據(jù)USS的技術(shù)說(shuō)明, 報(bào)文的長(zhǎng)度是可以變化的,而且報(bào)文的長(zhǎng)度必須在報(bào)文的第2個(gè)字節(jié)(即LGE)中說(shuō)明.根據(jù)配置,可以把報(bào)文定義為固定的長(zhǎng)度參看PKE和PZD區(qū)的說(shuō)明0總線上的各個(gè)從站結(jié) 點(diǎn)可以采用不同長(zhǎng)度的報(bào)文.一條報(bào)文的最大長(zhǎng)度是 256個(gè)字節(jié).LGE是根據(jù)所采用的數(shù) 據(jù)字符數(shù)量n數(shù),地址字節(jié)ADR和數(shù)據(jù)塊檢驗(yàn)字符BCC確定的.顯然,實(shí)際的報(bào)文總 長(zhǎng)度比LGE要多2個(gè)字節(jié),由于字節(jié)STX和LGE沒(méi)

39、有計(jì)算在LGE以?xún)?nèi).MICROMASTER4既可以采用變化的報(bào)文長(zhǎng)度,也可以采用固定的報(bào)文長(zhǎng)度.采用哪 種報(bào)文長(zhǎng)度由參數(shù)P2021和P2021來(lái)定義PZD和PKW的長(zhǎng)度.最常用的固定長(zhǎng)度是4個(gè) 字8字節(jié)的PKW區(qū)和2個(gè)字4字節(jié)的PZD區(qū),共有12個(gè)數(shù)據(jù)字符.見(jiàn)圖2-3:7654321口+kkkkL從站結(jié)點(diǎn)地址,->|0-31*-圖2-3地址ARD的位號(hào)ADR: ADR區(qū)是一個(gè)字節(jié),是從站結(jié)點(diǎn)即變頻器的地址.地址字節(jié)每一位的尋址如 圖所示.位5是播送位.如果這一位設(shè)置為1,該信息就是播送信息,對(duì)串行鏈路上的所有信 息都有效.結(jié)點(diǎn)號(hào)是不用判定的.USS協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)要求在PKW區(qū)進(jìn)行一些設(shè)置.位6

40、表示鏡象報(bào)文.結(jié)點(diǎn)號(hào)需要判定,被尋址的從站將未加更改的報(bào)文返回給主站.不用的位應(yīng)設(shè)置為00BCC: BCC區(qū)是長(zhǎng)度為一個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)和,用于檢查該信息是否有效.它是該信息中 BCC前面所有字節(jié)“異或運(yùn)算的結(jié)果12o如果根據(jù)校驗(yàn)和的運(yùn)算結(jié)果,說(shuō)明變頻器接收到的信息是無(wú)效的,它將丟棄這一信 息,并且不向主站發(fā)出應(yīng)答信號(hào).2.3.2有效的數(shù)據(jù)字符有效字符如圖2-4:PKW區(qū)PZD區(qū)PKEINDPWE1PWE2PZD1PZD2PKW區(qū)參數(shù)識(shí)別標(biāo)記ID-數(shù)值區(qū)PKW區(qū)說(shuō)明參數(shù)識(shí)別ID-數(shù)值PKW接口的處理方式.PKW接口并非物理意義上的接 口,而是一種機(jī)理,這一機(jī)理確定了參數(shù)在兩個(gè)通訊伙伴之間例如限制裝置

41、與變頻器的傳輸方式,例如參數(shù)數(shù)值的讀和寫(xiě).PKW區(qū)的結(jié)構(gòu)：PKW區(qū)前兩個(gè)字PKE和IND的信息是關(guān)于主站請(qǐng)求的任務(wù)任務(wù)識(shí) 別標(biāo)記ID或應(yīng)答報(bào)文的類(lèi)型應(yīng)答識(shí)別標(biāo)記ID.PKW區(qū)的第3,第4個(gè)字規(guī)定報(bào)文中要 訪問(wèn)的變頻器的參數(shù)號(hào)PNU.PNU的編號(hào)與MICROMASTER4的參數(shù)號(hào)相對(duì)應(yīng),例如, 1082=P1082=Fma*當(dāng)P2021=3固定長(zhǎng)度為3個(gè)字,P2021=4l定長(zhǎng)度為4個(gè)字,當(dāng)P2021=127低度可 變.如果P2021選才? PKW為固定長(zhǎng)度3或4,那么,主站必須在 PKW區(qū)正確地發(fā)送3 或4個(gè)字否那么,從站將不能對(duì)報(bào)文作出響應(yīng).從站的應(yīng)答PKW也是3或4個(gè)字.如果 MICROM

42、ASTER4采用固定長(zhǎng)度,那么應(yīng)是4個(gè)字,由于3個(gè)字缺乏以支持很多參數(shù)也就是 雙字長(zhǎng)的參數(shù).對(duì)于可變長(zhǎng)度的PKW127,主站只發(fā)送PKW區(qū)任務(wù)所必需的字?jǐn)?shù),應(yīng) 答報(bào)文的長(zhǎng)度也只是需要多長(zhǎng)就多長(zhǎng).PZD區(qū)域過(guò)程數(shù)據(jù)區(qū)通訊報(bào)文的PZD區(qū)是為限制和監(jiān)測(cè)變頻器而設(shè)計(jì)的.在主站和從站中收到的PZD總是以最高的優(yōu)先級(jí)加以處理.處理 PZD的優(yōu)先級(jí)高于處理PKW的優(yōu)先級(jí),而且,總是傳 送接口上當(dāng)前最新的有效數(shù)據(jù).雖然根據(jù) P2021訪問(wèn)級(jí)3的設(shè)置,變頻器也可以采用0到 4個(gè)字長(zhǎng)的PZD進(jìn)行操作,但是,MICROMASTER4通常采用的是2個(gè)字長(zhǎng)的PZD.PZD任務(wù)報(bào)文的第1個(gè)字是變頻器的限制字STW0 PZ

43、D任務(wù)報(bào)文的第2個(gè)字是主設(shè) 定值HSW.這就是主頻率設(shè)定值,是由主設(shè)定值信號(hào)源USS提供的.3 MICROMASTER4有關(guān)USS通訊的參數(shù)設(shè)置MICROMASTER4可以有兩種USS通訊接口 ： RS232和RS485為了進(jìn)行USS通訊, 必須確定變頻器采用的是 RS485接口,還是RS232接口.據(jù)此可以確定USS參數(shù)應(yīng)設(shè)定 為哪個(gè)下標(biāo).例如：P0003=2,訪問(wèn)第2級(jí)的參數(shù)所必須的.P2021=USS波特率,這一參數(shù)必須與主站采用的波特率相一致 USS支持的最大波特 率是57600波特.P2021=USG結(jié)點(diǎn)地址,這是為變頻器指定的唯一從站地址.一旦設(shè)置了這些參數(shù),就可以進(jìn)行通訊了.主站

44、可以對(duì)變頻器的參數(shù)PKW區(qū)進(jìn)行讀和寫(xiě),也可以監(jiān)測(cè)變頻器的狀態(tài)和實(shí)際的輸出頻率 PZD區(qū).2.4 S7-200中USS指令介紹及使用2.4.1 USS 指令下面來(lái)了解S7-200中與變頻器通訊使用的USS協(xié)議指令,便于編程限制.西門(mén)子200系列的PLC可以和變頻器直接進(jìn)行 USS協(xié)議的串行通信,指令如圖2-5. 通過(guò)USS指令,可以限制這個(gè)物理驅(qū)動(dòng),并讀/寫(xiě)驅(qū)動(dòng)參數(shù).進(jìn)行這種 USS通訊需要調(diào)用 STEP7-Micro/WIN的USS指令庫(kù).該指令庫(kù)包括預(yù)先組態(tài)好的子程序和中斷程序,這些 子程序和中斷程序都是專(zhuān)門(mén)為通過(guò)USS協(xié)議與驅(qū)動(dòng)通訊而設(shè)計(jì)的.可以在 STEP7-Micro/WIN指令樹(shù)的庫(kù)

45、文件夾中找到這些指令.當(dāng)您選擇一個(gè)USS指令時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng) 增加一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的子程序USS1到USS7.二月Eis1于付甲gj定時(shí)給S I Modbus Master Port 0 (vl .2 S C2 Modbus Mter Port 1 (y1,2E C II Modbus Slaive Port 0 Cvl .OJ Rl-r-l JSS Protoccl Port (y2 3) :f 口 USSJNIT：口 USS_CTRL"CT USS_RPM_WH- 口 US$_.RPM_,D二 口 USS_RPM_H:口 USS_WPM_W t- O USS_WPM_D §

46、USS V/PM Fi今匚一USS Protocol Port 1 (vZ3JL- 口 USS_WPM_W_P1 iin USS_WPH_D_P1C USS_WPW_R_F1訊指令口調(diào)用子程序網(wǎng)第2圖2-5指令樹(shù)中USS指令1. USS_INIT指令USS_INIT指令(圖2-6)用來(lái)使能、初始化或禁止 MicroMaster驅(qū)動(dòng)的通訊.USS_INIT指 令必須無(wú)錯(cuò)誤地執(zhí)行,才能夠執(zhí)行其它的 USS旨令.指令完成后,在繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)指令 之前,Done位立即被置位.USS INITModeDoneBaudEiroi圖 2-6 USS INIT 指令當(dāng)EN輸入接通時(shí),每一循環(huán)都執(zhí)行該指令.在每

47、一次通訊狀態(tài)改變時(shí)只執(zhí)行一次 USS_INIT指令.使用邊沿檢測(cè)指令脈沖觸發(fā)EN輸入接通.要改變初始化參,需執(zhí)行一個(gè) 新的USS_INIT指令.2. USS_CRTL指令USS_CRTL指令(圖2-7)用于限制激活的MicroMaster驅(qū)動(dòng).USS_CTRL指令將選擇的命令放到通訊緩沖區(qū)內(nèi)；然后,如果已經(jīng)在USS_INIT指令的激活參數(shù)中選擇了驅(qū)動(dòng),那么此命令將被發(fā)送到該驅(qū)動(dòng)(驅(qū)動(dòng)參數(shù))中.對(duì)于每一個(gè)驅(qū)動(dòng)只能使用一個(gè)USS_CTRL指令.有些驅(qū)動(dòng)只以正值的形式報(bào)告速度.如果速度為負(fù),驅(qū)動(dòng)報(bào)告一個(gè)正的速度值同時(shí)反 向D_Dir位(方向位).EN位必須接通使能USS_CTRL指令.該指令要始終保

48、持使能.RUN(RUN/STOP)指示驅(qū)動(dòng)是否接通(1)或斷開(kāi)(0).當(dāng)RUN位接通時(shí),MicroMaster驅(qū)動(dòng) 接收命令,以指定的速度和方向運(yùn)行.為使驅(qū)動(dòng)運(yùn)行,必須滿(mǎn)足以下條件：(1)該驅(qū)動(dòng)必須在USS_INIT中激活.(2) OFF2和OFF3必須設(shè)為0.(3) Fault和 Inhibit位必須為 0.3. USS_RPM_x指令(圖2-8)(1) USS_RPM_W指令讀取一個(gè)無(wú)符號(hào)字類(lèi)型的參數(shù).(2) USS_RPM_D指令讀取一個(gè)無(wú)符號(hào)雙字類(lèi)型的參數(shù).(3) USS_RPM_R指令讀取一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)類(lèi)型的參數(shù).同時(shí)只能有一個(gè)讀(USS_RPM_x)或?qū)?USS_WPM_x)指令激活.

49、當(dāng)MicroMaster驅(qū)動(dòng)對(duì)接收的命令應(yīng)答或有報(bào)錯(cuò)時(shí),USS_RPM_x指令的處理結(jié)束.邏 輯掃描繼續(xù)執(zhí)行.要使能對(duì)一個(gè)請(qǐng)求的傳送,EN位必須接通并且保持為1直至Done位置1,即意味著過(guò) 程結(jié)束.例如,當(dāng)XMT_REQ輸入接通時(shí),每一循環(huán)掃描向 MicroMaster驅(qū)動(dòng)傳送一個(gè) USS_RPM_x請(qǐng)求.因此,應(yīng)使用脈沖邊沿檢測(cè)作為 XMT_REQ的輸入,這樣,每當(dāng)EN輸 入有一個(gè)正的改變時(shí),只發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求.4. USS_WPM_x指令(圖2-9)(1) USS_WPM_W指令寫(xiě)一個(gè)無(wú)符號(hào)字類(lèi)型的參數(shù).(2) USS_WPM_D指令寫(xiě)一個(gè)無(wú)符號(hào)雙字類(lèi)型的參數(shù).(3) USS_WPM_R指令

50、寫(xiě)一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)類(lèi)型的參數(shù).同時(shí)只能有一個(gè)讀(USS_RPM_x)或?qū)?USS_WPM_x)指令激活.當(dāng)MicroMaster驅(qū)動(dòng)對(duì)接收的命令應(yīng)答或有報(bào)錯(cuò)時(shí), USS_WPM_x指令處理結(jié)束,在這 一過(guò)程等待應(yīng)答時(shí),邏輯掃描繼續(xù)執(zhí)行13o圖 2-7 USS CTRL 指令圖 2-9 USS WPM W 指令圖 2-8 USS RPM W 指令2.4.2 S7-200中通訊接口設(shè)置連接4系列MicroMaster驅(qū)動(dòng),將485電纜的兩端插入為USS操作提供的兩個(gè)卡式接 線端,實(shí)驗(yàn)臺(tái)已經(jīng)連接好,需要對(duì)應(yīng)變頻器設(shè)定PG/PC接口,如圖2-10、圖2-11、圖2-12所示14.在工具欄設(shè)置設(shè)置中傳輸率設(shè)定

51、為PG/PC接口項(xiàng),選擇 PC/PPIcablePPI后,點(diǎn)擊屬性設(shè)置,在 PPI 9.6kbps,本地連接中對(duì)應(yīng) S7-200中電纜線接口方式為 COM1和USB方式,本設(shè)計(jì)中使用圖2-10 PG/PC接口設(shè)置COM1 0圖2-11 PPI設(shè)置圖2-12本地連接設(shè)置2.4.3通訊程序以限制一個(gè)變頻器為例,檢測(cè)限制1號(hào)變頻器.程序如圖2-13至圖2-16:網(wǎng)絡(luò)210.010.110.2I10.310.4USS_CrRL_R1EMRUN0FF2 FF3l-_, L-.DIRDriveResp_RTypeError'：；p7eizStatusSpeedRun_END_DilIril-iiU

52、lFauil圖2-14 USS通訊程序2對(duì)于4系列的MicroMaster驅(qū)動(dòng)器類(lèi)型,類(lèi)型為1.驅(qū)動(dòng)速度是滿(mǎn)速的百分比3 WinCC flexible組態(tài)軟件通訊介紹及應(yīng)用3.1 人機(jī)界面HMI簡(jiǎn)介人機(jī)界面裝置是操作人員與 PLC之間雙向溝通的橋梁,很多工業(yè)被控對(duì)象要求限制系 統(tǒng)具有很強(qiáng)的人機(jī)界面功能,用來(lái)實(shí)現(xiàn)操作人員與計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換.人機(jī) 界面裝置用來(lái)顯示PLC的I/O狀態(tài)和各種系統(tǒng)信息,接收操作人員發(fā)出的各種命令和設(shè)置 的參數(shù),并將它們傳送到PLC上.人機(jī)界面Human Machine Interface又稱(chēng)人機(jī)接口,簡(jiǎn)稱(chēng) HMI.從廣義上說(shuō),HMI泛 指計(jì)算機(jī)與操作人員交換

53、信息的設(shè)備,在限制領(lǐng)域,HMI 一般特指用于操作人員與限制系統(tǒng)之間進(jìn)行對(duì)話和相互作用的專(zhuān)用設(shè)備.人機(jī)界面用文字或圖形動(dòng)態(tài)地顯示 PLC中開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)和數(shù)字量的數(shù)值,通過(guò)各種輸 入方式,將操作人員的開(kāi)關(guān)量命令和數(shù)字量設(shè)定值傳送到PLC o人機(jī)界面最根本的功能是顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通常是PLC中開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)和存放器中數(shù)字 變量的值,用監(jiān)控畫(huà)面向PLC發(fā)出開(kāi)關(guān)量命令,并修改PLC存放器中的參數(shù).人機(jī)界面用個(gè)人計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的組態(tài)軟件來(lái)生成滿(mǎn)足用戶(hù)要求的監(jiān)控畫(huà)面,用畫(huà)面中 的圖形對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能,用工程來(lái)治理這些畫(huà)面.在畫(huà)面中生成圖形對(duì)象后,只需要將 圖形對(duì)象與PLC中的存儲(chǔ)器地址聯(lián)系起來(lái),就可以實(shí)現(xiàn)限制系統(tǒng)運(yùn)

54、行是PLC與人機(jī)界面之間的自動(dòng)數(shù)據(jù)交換140HMI有很強(qiáng)的通信功能,配備多個(gè)通信接口,可使用各種通信接口和通信協(xié)議,能與 各主要生產(chǎn)廠家的PLC通信,還可以與運(yùn)行組態(tài)軟件的計(jì)算機(jī)通信.通信接口的個(gè)數(shù)和種 類(lèi)與HMI型號(hào)有關(guān).多用RS-232和RS-485/422串口通信接口,有的 HMI配備有USB或 以太網(wǎng)接口,有的可以通過(guò)調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行遠(yuǎn)程通信.西門(mén)子 HMI的RS-485接口可以使 用MPI/PROFIBUS-DP通信協(xié)議.有些HMI還可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)觸摸屏與多臺(tái) PLC通信,或 多臺(tái)觸摸屏與一臺(tái)PLC通信.3.2 WinCC flexible 簡(jiǎn)介WinCC flexible幾乎可以為西門(mén)

55、子的所有 HMI設(shè)備進(jìn)行組態(tài),WinCC flexible具有開(kāi) 放簡(jiǎn)易的擴(kuò)展功能,帶有 VB腳本功能,可以將人機(jī)界面集成到 TCP/IP網(wǎng)絡(luò).WinCC flexible操作界面如圖3-1:圖 3-1 WinCC flexible 操作界面(1)菜單和工具欄是大局部軟件應(yīng)用的根底,菜單中淺灰色的命令和工具欄中淺灰色的 按鈕在當(dāng)前條件下不能使用.(2)工程視圖在左上角,包含了可以組態(tài)的所有元件,生成工程時(shí)自動(dòng)創(chuàng)立了一些元件.工程中的各組成局部在工程視圖中以樹(shù)的形態(tài)結(jié)構(gòu)出現(xiàn),分為四個(gè)層次,工程、HMI設(shè)備、文件夾和對(duì)角.(3)工作區(qū)為圖示中間局部,用戶(hù)在工作區(qū)內(nèi)編輯工程對(duì)象.(4)屬性視圖用于設(shè)置在工作區(qū)中選取的對(duì)象屬性,輸入?yún)?shù)后按回車(chē)鍵生效.屬性窗 口一般在工作區(qū)下