西门子模块6ES7231-7PD22-0XA8技术参数

西门子模块6ES7231-7PD22-0XA8技术参数

在现代化的工业生产中，大量采用了可编程序控制系统，可编程序控制器能在恶劣的工作环 境下正常工作，但其构成的控制系统由于设计、安装、干扰等因素有时会出现故障。有些问 题是在系统设计时考虑不周造成的。根据实践中的经验和教训，本文阐述可编程序控制系统 设计时应注意的问题。 

1、一个系统中使用的成熟技术至少应占到75%以上 

“成熟技术”一是经过一定的生产实践考验的可编程控制器产品或类似设计，或者确定能在未来的生产实践中，经得起考验；二是设计工作人员对于需要使用的技术要有经验或有掌握它的能力。设计与配置一个可编程序控制系统选用的技术与设计方案切实可行。因为一个生产过程控制系统，一旦做出来，要长久使用下去，难以找到机会反复修改。设计的硬件系 统和编程软件，其中某些缺欠，可能一直隐藏在已完成的系统中。若遇到发生破坏作用的条件，后果难以预料。 

2、系统的硬件结构和网络要简明而清晰 

硬件结构不要追求繁琐，网络组态不要追求交叉因素太多，要力求使用可编程序控制器自 身配置的组网能力。在组成I/O机箱配套的模板时，建议型号简单，力求一致，模板密度不宜过大。使用的结线点不宜过多，从目前机箱的制造和配线工艺来看，输入与输出配线密度不能太高。 

3、控制系统的功能和管理系统的功能应严格划分界限 

由于可编程序控制器组成的过程控制系统中的实时性要求很高，而网络通信是允许暂时失 去通信联系，过后自己能重新恢复，但是在重新恢复之前这一间隔时间可编程序控制器会处于失控。另外，在用多个可编程序控制器系统组成一个大系统时，对于主控制的关键命令，除了使用可编程序控制器自身的网络通信传送它的信息外，*好有使用它的I/O点做成的硬件联 锁，特别是两者之间“急停”的处理；虽然两个系统都在自身的通信扫描中互相变换着“停 止”或“急停”命令，但因一方在急停故障时已经停止运行，另一方并未收到已停止的信息 而照常运行，其后果难测。可编程序控制器控制系统关键的“急停”应先切除执行机构的电源，然后将其信号送入可编程序控制器，这样可取得设备安全保护的时间。 

4、可编程序控制器的程序要简明且可读 

用户软件的编写是“平铺直叙”，用户软件可看成是一个有序的“黑盒子”系列，每个“ 黑盒子”按照结构化语言划分，可分为几种典型的语句。每个语句方式、手法可能十分单调 ，但一定要明确。在设计与编写这些语句时，若使用不易推理的逻辑关系太多，或者语 句因素太多，特殊条件太多，就会使人阅读这些语句时十分难懂。因此，一个可编程控制器 的用户软件的可读性，即编写的软件能为大多数人读懂，能理解可编程控制器在执行这个语 句时，“发生了什么”是十分重要的。每一段程序力求功能单一而流畅，这是软件在使用和维护时的重要条件。 

5、可编程序控制系统在硬件和软件上的预置，有运行检测的关键监视条件 

可编程序控制系统配置了彩色图形工作站/屏幕监视，但从价格及反映现场状态的时间来看，屏幕监视尚不方便。关键的故障，或者在关键的机械设备附近，可配置一些指示灯，它们可以用

数字量输出做成，用来监视程序的正常运行，或用来调试程序，在指示灯旁配以功能标牌，可帮助操作人员确认可编程序控制系统的正常运行和及时反映故障。 

6、设计大中型可编程序控制系统时不要耗尽它的硬件和软件资源 

对于设计的新系统，硬件上至少要保留15%左右的冗余，在软件编制时，同样要估计用户软件对计算机资源的需要与用量。尤其对中间继电器，计数器/定时器的使用，要留有余地 。因为在调试和运行后，软件总会被、补充，甚至重新编制。已编制的软件让人无法和完善，在工程上是不实际的。 

7、合理地配置可编程序控制器系统的冗余 

可编程序控制系统可能做出多种方式的冗余，*处理器的双机热备、冷备冗余是常见的方式。另外，双系统冗余，即*处理器和全部的输入、输出、组网通信完全冗余，其价格和实用性虽然在许多工程项目中难以被人接受，但在有毒、有害的化工生产环境这种冗余很有必要。在设计系统中，要使配置冗余方式较为经济而又实用，力求使故障缩小在本设备身上。不要因某一设备发生故障，引起工艺流程中相关设备运行或状态受到冲击。 

以上阐述的几个方面，是在可编程序控制系统总体方案设计时，要格外重视的问题，只有在设计系统时，考虑周到，系统投入运行之后，设计人员才能少些遗憾

其中RTU为远程智能通信控制器，RTU各单元之间采用现场总线组成底层通信网络。由于采用了现场总线组网，使得网络具备了效率高、传输速率快。即使某个智能测控节点出现故障也不会影响整个网络的正常运行。 

现场数据采集和控制设备为ICU，电流变送器、电压变送器等传感器信号送至ICU。由于ICU单元自带CPU，信号采集、实时性强、系统冗余度高，通信时为短祯传送，减少了通信时的误码率。ICU通过智能通信控制器RTU相连，实现数据的双向传送。 

站控层网络主要通过通信管理主机与远程监控中心相连，实现数据的远程交换。 

系统主要硬件设备及其功能 

按照硬件设备成熟可靠,软件技术先进的原则,在实际运用中采用GE D25多功能智能装置作为监控系统通信管理机，GE MIF微机保护测控装置作为10kV间隔保护装置，GE PLC实现低压系统三遥功能，提供一整套高速公路变电站监控系统解决方案。 

——监控系统通信管理机 
监控系统中通信管理机的是采用GE公司的生产的D25多功能智能设备。D25采用了高速、低功耗、低噪音、高可靠性、超大规模CMOS控制器件和可编程阵列技术，具有更高的灵活性，并减少了逻辑线路。D25采用了标准的开放式的软件平台。从整个系统性能和功能来看，配置D25是优于使用工控机作为通信管理机的系统方案。 

D25还具有GE 公司*新研制开发出来的智能交流I/O单元，它综合了全世界不同厂家I/O单元的特点，以及GE公司生产的设备自身设备的优点。在与保护设备通讯，就地操作闭锁，数据采制上都有独特之处，其中CPU采用32位Motorola 68360，而且还有专门的数字信号处理器DSP芯片，交流信号每个周波采样为64次，精度为0.2%，并可测量*高21次的谐波。D25另外还有两个IED通信口，可直接同其他IED设备接口，完成对其他IED设备I/O数据采集和控制功能。 

D25具有测量、状态监视、控制和通讯等功能集于一身的装置。D25作为一个智能测控装置已被用作开关站、发电厂站间隔层测控及配电网的通信管理测控单元。D25能适用各种分离的输入点，如状态/数字量输入，SOE，脉冲累加器，AC或DC模拟量输入以及控制/数字量输出，通讯灵活，具有两个RS232串行口，和两个以太网LAN （DNP/UDP/IP）通讯接口，两个同其他IED的通信接口。 

D25装置可支持直接上网功能，这样就很好地解决了变电站监控系统数据采集量大，当通过串行口与后台机通讯时，因数据量大，通信任务重，实时性差等缺点。D25直接上网的传送速率已达到了10MB/s，从而可靠地系统实时性能。 

—— 10kV间隔层保护测控装置 
10kV间隔层进线、变压器配置的GE MIF数字型间隔管理装置，提供10kV各间隔所需的保护、测控及通信功能。在与监控系统通信方面，采用现场总线网络方式，通过网络适配器经光纤接入站控层网络。MIF是M系列的一种基于微处理器的保护继电器。用于任何电压等级配电网络馈电线路的主保护，也可以作为变压器、发电机和电动机的后备或辅助保护。基本保护功能包括三相延时过流，相瞬时过流，接地延时过流，接地瞬时过流和模拟发热保护。每个保护元件可以通过面板或通讯选择为enabled（可用）。灵活的整定，可选的ANSI或IEC曲线，再加上用户可配置的过流曲线，保证了与其他智能设备的精确配合。 

——低压部分测控系统配置 
在低压配电系统中，我们采用美国GE Fanuc PLC集成的LCU自动化系统，实现低压系统遥控、遥信和遥测功能。根据低压测控系统三遥功能要求，配电柜的每个回路要进行测控的情况如下：每个回路的单相或三相电流，每个回路的4个遥信、2个遥控。这样，GE PLC 相应灵活地可以配置模拟量输入模块、开关量输入模块及开关量输出模块，实现高速公路配电站的具体要求。 

系统设计的功能模块的划分 

在电力系统中，控制系统有如下功能：数据的、信息显示、监控、报警处理、信息数据报表和数据的处理计算。通过将系统功能模块进行划分，使得各个模块之间相互独立，以提高系统的可靠性。 

——数据采集 
数据采集过程其实是一些专用及高度相关子过程的过程集。这些子过程为: 
（1） 对RTU内部数据库的查询及快速修改; 
（2） 通信管理主机周期性地对RTU进行查询; 
（3） 把控制中心所需的RTU数据传送给控制中心; 
（4） 校核因传送所引起的数据错误; 
（5） 把数据换算为工程单位; 
（6） 通过写入来覆盖数据库中的原有状态或数据。 

——信息显示 
信息显示信息显示是有选择地检索数据库中固定数据及实时数据,并将其组合、提供给运行的过程。固定数据包括变电站、配电接线图的信息及其他不随时间变化可显示信息。实时数据包括二态或三态设备的状态和数量变化并可能带有符号的模拟量，主要有：测量电流、母线和线路的线电压、有功功率、有功电度、功率因数、频率等数据。 

——监控模块 
监控是指在远方操纵设备运行的过程。这个过程包括:变电站的选择,被控设备的选择以及执行断开或闭合这样的命令。正确的选择和操作是**人身安全及电力系统安全的关键。用此需采用选择确认选择操作的操作顺序(简称为“操作前校核”)。必须避免未被选中设备的操作,或未发命令就进行错误操作的情况发生,这是监控及数据采集系统中一个重要的设计环节。这种控制形式需要运行人员从计算机输入设定数值,作为对外部设备及控制回路按比例整定的模拟量输出,或一个RTU的限量。这种控制方式一般常用于负荷监控。 

——报警处理 
报警处理警告运行人员发生了异常事件并报告发生的时间、站号、设备和事件的实质。处理方法的细节大都作为监控及数据系统设计制造该系统中的一个功能块。*常用的报警处理输出是按时间先后排列显示在CRT报中,打印机硬拷贝输出和语言报警。运行人员确认报警之后,并把运行状态直接转到与其相关的运行位置,实现重要的人工干预。 

——信息数据报表和数据的处理计算 
信息存储及报告记录保存运行过程中的状态、数据是电力系统运行中的一个重要任务。需要精确记录满足各种统计要求,支持和预测系统未来运行情况及用电规划方面的需求。记录保存的一般实现方法是按一定的周期间隔获取预先选定的数据集,并把它们保存在一个滚动文件中。存储周期常被设定为1h,但有些特殊的配电系统要更频繁地获取和保存信息。监控及数据采集系统中的历史文件为产生各种报表、提供了一个极为有效的数据、状态信息流。可在保存历史数据文件的基础上设置各种报表格式,如日、月、年报表,以满足用户*终需求。 

数据计算处理需要不断利用所采集的数据进行各种计算。其中包括工程量转换,在给定时间间隔内*大或*小值的计算,以及对时间的积分。对大变压器组进行负荷监控,就是一个计算过程实例,通过数据处理的这一过程，能确定高速公路供电系统中某些部分的特殊状态,如断路器的通断状态。 

结论 

实现整个高速公路供电网络实时、可靠、灵活、是广大用户和设计者所追求的目标。本文所设计的电力自动监控系统。能在无人管理的情况下工作，模拟量测量综合误差小于0.5%，事件顺序记录分辨率(SOE)小于2ms，遥控动作成功率大于，系统平均无故障间隔时间(MTBF)大于20000h，完全满足当前高速公路供配电的需求。在处理远程通信任务时，一方面现场控制系统向远程控制中心发送遥信及报警数据和遥测及控制数据，另一方面本地监控系统也接受远程中心发送的遥控命令，根据发送来的命令执行相应的操作，为了保数据的可靠和安全，在设计中采CRC（循环冗余效验）系统来保证通信的准确率。设计的同时还考虑到系统的冗余，以备将来系统的扩展。 

该系统是一套融合现代电网*新控制技术、计算机网络通信技术、计算机图形处理技术、嵌入型实时操作系统和数据库系统技术、专家系统技术的电力控制系统，中江高速公路通过采用这套电力监控系统实现了对收费站配电房供电系统运行情况的远程监控和无人值守，为高速公路的收费系统、监控系统和通信系统提供了安全、稳定的电力**。

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