基于PLC的电力系统继电保护

毕业论文（设计）题目： 基于PLC的电力系统继电保护目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 I\o"CurrentDocument"Abstract II\o"CurrentDocument"1绪论 11.1研究继电保护的目的 11.2继电保护的基本任务 1\o"CurrentDocument"1.3发展及现状 2\o"CurrentDocument"1.4继电保护的未来发展 4\o"CurrentDocument"1.5本设计中使用PLC研究的优势 6\o"CurrentDocument"1.6本设计的主要工作 7\o"CurrentDocument"MM440的使用及S7-200的USS通讯设置 8\o"CurrentDocument"2.1系统网络图及设计要求 8\o"CurrentDocument"2.2MM440的部分参数 9\o"CurrentDocument"2.3USS协议简介 102.3.1通讯报文的结构 102.3.2有效的数据字符 11\o"CurrentDocument"2.4S7-200中USS指令介绍及使用 13USS指令 13S7-200中通讯接口设置 152.4.3通讯程序 17\o"CurrentDocument"WINCCFLEXIBLE组态软件通讯介绍及应用 19\o"CurrentDocument"3.1人机界面（HMI）简介 19\o"CurrentDocument"3.2WINCCFLEXIBLE简介 19\o"CurrentDocument"3.2WINCCFLEXIBLE及HMI在本设计中的应用 21项目要求 21S7-200中的通讯设置 22WinCCflexible中新建项目 23\o"CurrentDocument"MCGS组态软件介绍及使用 29\o"CurrentDocument"组态概念 29\o"CurrentDocument"MCGS组态基本介绍 29MCGS组态概念及特点 29MCGS的构成 30MCGS组态软件的工作方式 31\o"CurrentDocument"用MCGS组态软件进行简单的保护动作组态 32设计要求 32组态及属性设置 33\o"CurrentDocument"PROFIBUS的介绍及使用 38\o"CurrentDocument"5.1现场总线简介 38现场总线概念 38现场总线的特点 38现场总线的优点 38现场总线技术的发展趋势 39\o"CurrentDocument"5.2PROFIBUS介绍 39简介 39组成 39功用 40性能 40\o"CurrentDocument"5.3S7-300与S7-200的PROFIBUS通信 40\o"CurrentDocument"总结和展望 42\o"CurrentDocument"参考文献 43\o"CurrentDocument"致谢 44\o"CurrentDocument"附件1 45\o"CurrentDocument"网络模型图 45\o"CurrentDocument"短路电流计算 46断路器整定值计算 52基于PLC的电力系统继电保护摘要继电保护是保障电力系统正常稳定运行的重要环节，目前多数基于 DSP、RBFN、LabVIEW的设计方法不便于监控人员的使用。而 PLC本身抗干扰性强，编程简单，具有远程监控、安全可靠、经济实用等优点，因此本文基于西门子 PLC进行继电保护设计。首先根据给定的网络模型，进行短路电流计算及整定值的确定。然后利用S7-200与变频器MM440进行USS通讯，实现电机的启动及变速运行。分别利用WinCCflexible组态软件构建触摸屏人机界面系统，利用MCGS组态软件在计算机上组建网络组态系统，实现了实时监控和组网的动态演示。最后利用S7-300为主站，与S7-200及变频器组建了PROFIBUS网络系统。该设计实现了 PLC与PLC及变频器的多机通信和实时监测。关键词：继电保护；西门子PLC；WinCCflexible；MCGS组态；PROFIBUSPowerSystemRelayProtectionbasedonPLCAbstractRelayProtectionplaysanimportantparttoensurethepowersystemrunningsteadily.AtpresentmostofthecurrentdesignaremostlybasedonDSP,RBFNandLabVIEWtechnologies.Itisnotconvenient tousers.ThePLChassomemerits,suchasgoodanti-interferenceability,easilytobeprogrammed,remotecontrol,secureandreliable,economicandpractical.ThispaperofRelayProtectiondependsonPLC.Firstly,short-circuitcalculationandsettingvalueofcurrentprotectionarebasedonagivennetwork.ThenthroughtheS7-200andconverterMM440forUSS,itcanbeabtainedtocontrolthemotorstartingandspeedingup.Ononehand,thetouchscreeninterfacesystemcanbeconstructedwithWinCCflexiblesoftware.Ontheotherhand,computer-machineinterfacesystemcanalsobeconfiguretedwithMCGSsoftware.Thereforeitachievesreal-timemonitoringanddynamicanimation.Atlast,theS7-300asthemainstation,theS7-200andFrequencyChangerasslavestation,areforminganet.Thisdesignrealizesthereal-timemonitoringandmulti-machinecommunicationsbetweenthePLCandPLCandinverter.Keywords:Relayprotection;SiemensPLC;WinCCflexible;MCGSconfiguration;PROFIBUS1绪论1.1研究继电保护的目的电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。因此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。故障中最常见、危害最大的是各种形式的短路。发生短路时可能造成的危害：故障点的很大的短路电流燃起的电弧，使故障设备损坏。从电流到短路点间流过的短路电流，它们引起的发热和电动力将造成在该路径中有关的非故障元件的损坏。靠近故障点的部分地区电压大幅度下降， 使用户的正常工作遭到破坏或影响产品质量。破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使该系统瓦解和崩溃。继电保护是研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。在其发展过程中曾主要用触点的继电器来保护电力系统及其元件(发电机、变压器、输电线路等)，使之免遭损害。基本任务是：当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。继电保护是随着电力系统的发展而发展起来的。 20世纪初随着电力系统的发展，继电器开始广泛应用于电力系统的保护，这时期是继电保护技术发展的开端。最早的继电保护装置是熔断器。从20世纪50年代到90年代末，在40余年的时间里，继电保护完成了发展的4个阶段，即从电磁式保护装置到晶体管式继电保护装置、 到集成电路继电保护装置、再到微机继电保护装置［1］。继电保护装置是当电力系统中的电力元件(如发电机、线路等)或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。1.2继电保护的基本任务当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求(如保持电力系统的暂态稳定性等)。反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同(例如有无经常值班人员)发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。为了保证电源不中断，继电保护装置应将备用电源投入或经自动装置进行重合闸。继电保护装置应满足可行性、选择性、灵敏性和速动性的要求。灵敏性灵敏性表示保护范围内发生故障或不正常运行状态时，继电保护装置的反应能力，通常以灵敏系数表示。在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数。⑵可靠性在规定的保护范围内发生了属于其应该动作的故障时，保护装置不应拒动作；而在任何不属于其应该动作的情况下，保护装置不应该误动作。快速性为防止故障扩大，减轻其危害程度，加快系统电压的恢复，提高电力系统运行的稳定性，在系统发生故障时，保护装置应尽快动作，切除故障。选择性在可能的最小区间切除故障，保证最大限度地向无故障部分继续供电。即首先由距故障点最近的断路器动作切除故障线路，尽量减小停电范围，保证系统中无故障部分仍能正常运行⑵。1.3发展及现状随着电力系统容量日益增大，范围越来越广，仅设置系统各元件的继电保护装置，远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故。为此必须从电力系统全局出发，研究故障元件被相应继电保护装置的动作切除后，系统将呈现何种工况，系统失去稳定时将出现何种特征，如何尽快恢复其正常运行等。系统保护的任务就是当大电力系统正常运行被破坏时，尽可能将其影响范围限制到最小，负荷停电时间减到最短。自二十世纪初第一代机电型感应式过流继电器（1901年）在电力系统应用以来，继电保护已经经历了一个世纪的发展。在最初的二十多年里，各种新的继电保护原理相继出现，如差动保护（1908年）、电流方向保护（1910年）、距离保护（1923年）、高频保护（1927年），这些保护原理都是通过测量故障发生后的稳态工频量来检测故障的。尽管以后的研究工作不断发展和完善了电力系统的保护，但是这些保护的基本原理并没有变，至今仍然在电力系统继电保护领域中起主导作用。继电保护装置是保证电力系统安全运行的重要设备。满足电力系统安全运行的要求是继电保护发展的基本动力。为达到快速性、灵敏性、选择性和可靠性这四项基本要求，继电保护专业技术人员借助各种先进科学技术手段作出不懈的努力。经过近百年的发展，在继电保护原理完善的同时，构成继电保护装置的元件、材料等也发生了巨大的变革。继电保护装置经历了机电式、整流式、晶体管式、集成电路式、微处理机式等不同的发展阶段[3]O50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。 60年代是我国机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。自50年代末，晶体管继电保护已在开始研究。60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。在此期间，从 70年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。国内微机保护的研究开始于70年代末期，起步较晚，但发展很快。1984年我国第一套微机距离保护样机在试运行后通过鉴定并批量生产， 以后每年都有新产品问世；1990年第二代微机线路保护装置正式投入运行。目前，高压线路、低压网络、各种主电气设备都有相应的微机保护装置在系统中运行，特别是线路保护已形成系列产品，并得到广泛应用。我国在2000年220kV及以上系统的微机保护率为43.99%,线路微机保护占86%,到2003年底，220kV以上系统的微机保护已占到70.29%，线路的微机化率达到97.6%。实际运行中，微机保护的正确动作率要明显高于其他保护，一般比平均正常动作率高 0.2~0.3个百分点。国产微机保护经过多年的实际运行，依靠先进的原理和技术及良好的工艺已全面超越进口保护。从80年代220KV及以上电压等级的电力系统全部采用进口保护，到现在220KV系统继电保护基本国产化，反映了继电保护技术在我国的长足发展和国产继电保护设备的明显优势⑷。微机继电保护技术的成熟与发展是近三十年来继电保护领域最显著的进展。经过长期的研究和实践，现在人们已普遍认可了微机保护在电网中无可替代的优势。微机保护具有自检功能，有强大的逻辑处理能力、数值计算能力和记忆能力，并且具备很强的数字通信能力，这一切都是电磁继电器、晶体管继电器所难以匹敌的。计算机技术的进步，更高性能、更高精度的数字外围器件的采用，一直是微机继电保护不断发展的强大动力。1.4继电保护的未来发展继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。(1)计算机化随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。原华北电力学院研制的微机线路保护硬件已经历了3个发展阶段：从8位单CPU结构的微机保护问世，不到5年时间就发展到多CPU结构，后又发展到总线不出模块的大模块结构，性能大大提高，得到了广泛应用。网络化计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。国外早已提出过系统保护的概念，这在当时主要指安全自动装置。因继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围 (这是首要任务)，还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然，实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。这在当前的技术条件下是完全可能的。对于一般的非系统保护，实现保护装置的计算机联网也有很大的好处。继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多，贝U对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。对自适应保护原理的研究已经过很长的时间，也取得了一定的成果，但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应，必须获得更多的系统运行和故障信息，只有实现保护的计算机网络化，才能做到这一点。（3） 保护、控制、测量、数据通信一体化在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此，每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。目前，为了测量、保护和控制的需要，室外变电站的所有设备，如变压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。所敷设的大量控制电缆不但要大量投资，而且使二次回路非常复杂。但是如果将上述的保护、控制、测量、数据通信一体化的计算机装置，就地安装在室外变电站的被保护设备旁，将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后，通过计算机网络送到主控室，则可免除大量的控制电缆。如果用光纤作为网络的传输介质，还可免除电磁干扰［5］。现在光电流互感器（OTA）和光电压互感器（OTV）已在研究试验阶段，将来必然在电力系统中得到应用。在采用OTA和OTV的情况下，保护装置应放在距OTA和OTV最近的地方，亦即应放在被保护设备附近。OTA和OTV的光信号输入到此一体化装置中并转换成电信号后，一方面用作保护的计算判断；另一方面作为测量量，通过网络送到主控室。从主控室通过网络可将对被保护设备的操作控制命令送到此一体化装置，由此一体化装置执行断路器的操作。1992年天津大学提出了保护、控制、测量、通信一体化问题，并研制了以TMS320C25数字信号处理器（DSP）为基础的一个保护、控制、测量、数据通信一体化装置。（4） 智能化近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，在继电保护领域应用的研究也已开始。神经网络是一种非线性映射的方法，很多难以列出方程式或难以求解的复杂的非线性问题，应用神经网络方法则可迎刃而解。例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一非线性问题，距离保护很难正确作出故障位置的判别，从而造成误动或拒动；如果用神经网络方法，经过大量故障样本的训练，只要样本集中充分考虑了各种情况，则在发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。将这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快。天津大学从 1996年起进行神经网络式继电保护的研究，已取得初步成果。可以预见，人工智能技术在继电保护领域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的问题⑹。在日本，就有人对继电保护的数字化动向做过研究，他们认为，今后的电力系统将日益多端化，或增加电缆系统等，对保护继电器将进一步要求高功能化 [7]。可以认为，输电线的主保护由于光传送技术的进步而得到充实的数字传送系统。国内外继电保护的发展趋势必然会在微机化、网络化，保护、测量、计量、控制、网络通讯一体化和人机智能化的基础上有更新的突破。1.5本设计中使用PLC研究的优势传统的继电保护大都采用电磁式继电器，由于制造厂商的不同，其性能和参数差别较大；即使是同一型号的器件，其动作值也参差不同，给继电保护的整定和调试带来许多不便。传统的时间继电器延时误差较大，且带有随机性，不能使继电保的上下极之间在时限上很好地配合，易造成越级跳闸现象。传统的继电保护装置体积庞大笨重，金属消耗量大,且接线较多，易造成直流操作系统多点接地故障引起继电保护装置误动作。受继电器机械寿命的影响，保护装置的可靠性较差。更主要的原因是传统的继电保护方式已经不能满足电力系统自动化要求。而微机的编程及调试都比较复杂，不易被广大的电气技术人员所接受；PLC采用的是电气梯形图语言，即使不具备微机知识的电气技术人员也能很快掌握；况且PLC的功能强大，具有控制、计数、定时、定位、运算、通讯等多种功能，可以满足电力系统的遥信、遥测、遥控、遥调的要求。 PLC在硬件和软件两方面分别采用了屏蔽、隔离、故障自诊断和自恢复等措施，使PLC具有的抗干扰能力；所以，将PLC应用于电力系统继电保护之中，会大大提高电力系统运行的可靠性 ⑹。PLC可采用S7系列产品，其特点是体积小、抗干扰能力强、可靠性高、编程语言丰富、对I/O、A/D扩展方便等。CPU224有24个I/O接口，并具有两个RS485接口，可以方便地与人机界面交换数据，与其它PLC组网或与远程上位机连接。电流互感器检测到主回路中的故障电流信号，经变送器变成电压信号，经 A/D变成CPU所能处理的二进制信息，根据检测到的电流大小来决定是定时限过流保护动作还是速断过流保护动作；并作出相应的显示及报警。可编程控制器（PLC）可以简单地视为具有特殊体系结构的工业计算机，比一般计算机有更强的与工业过程相连的接口，具有更适应于控制要求的编程语言。在由继电器组成的控制系统里，为了完成一项操作任务，要把各个分立元件如继电器、接触器、电子元件等用导线连接起来，这对于实现复杂的逻辑关系以及需要定期改变操作任务来说，采用这样的连接方式显然是不适宜的。而在用PLC就可以简单地解决上述问题，通过软件编程的方式来代替实际的各个分立元件之间的接线。为了减少占地面积，还可以用PLC内部己定义的各种辅助继电器来取代传统的机械触点继电器[9]。1.6本设计的主要工作本设计中，主要使用西门子设备进行保护设置，这种远程监控，不仅方便快捷，而且安全有效，占用空间少，经济可行。在了解了变频器MM440的参数意义及设定，USS通讯协议及在S7-200中的指令使用后，利用S7-200对MM440进行状态监控。使用USS指令，初始化并激活所要控制的MM440,对它的所要控制的变量在MM440中的参数经行读取或参数改写，来控制变频器动作，如启动、停止、变速等。利用MCGS组态软件，设计项目，进行变量连接，运行策略组态，将所建项目设为启动窗口后，在运行环境中运行组态，即可看到设计的动画组态。使用WinCCflexible组态西门子人机界面（HMI），设置WinCCflexible、HMI及S7-200的通信速率。在WinCCflexible中建立项目，按照设计要求组态画面，连接S7-200及HMI，将项目下载到HMI中，便于远程控制。在后面的相关部分，将进行详细介绍。同时，可以使用S7-300作为主站，S7-200远程I/O接口EM277等作从站，使用PROFIBUS协议进行网络组建，实时对系统进行监控。MM440的使用及S7-200的USS通讯设置2.1系统网络图及设计要求如图所示电力系统，系统参数如下:发电机：G1：S=50MVA，Un=10kV，Xd%=12.5;发电机：G2：S=50MVA，Un=10kV，Xd%=12.5;发电机：G3：S=60MVA，Un=10kV，Xd%=10.5;变压器：T1：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;线路：Lab=50km，Lad=60km，Lbc=40km，Lbg=70km，Lg=50km，Ldc=50km，Lf=40km,Le=40km线路正序阻抗=0.4Q/km网络的最大运行方式是三台发电机都投入运行， 网络的最小运行方式为G1和G2运行,G3停运，计算F末端短路电流。短路电流及断路器整定值的计算过程详见计算书 （附录1）。本设计中用变频器控制电机运行，即用电机代替断路器在远程监控中执行动作。 PLC中有模拟量输入输出模块，在生产过程中有大量的连续变化的模拟量需要用 PLC来测量或监控，像电流、压力等物理量，需要转变成CPU能处理的数字量。模拟量首先被传感器或变送器转换成标准量程的电流或电压，PLC再通过A/D转换器将它们转换成数字量。在转换时注意转换器和模拟输入输出块的量程，找出被测物理量与 A/D转换后的比例关系［10］。MM440的部分参数下面，仅根据本设计中将要使用的部分参数经行简单介绍及设定。在驱动连至S7-200之前，我们必须确保驱动具有以下系统参数，使用驱动上的按键设确保以下参数的设置：USSPZD长度：P2012(Index0)=2USSPKW长度：P2013(Index0)=127⑵使能对所有参数的读/写访问(专家模式)：P0003=3(3)检查驱动的电机设置：要设置参数P304，P305，P307，P310和P311，必须先将参数P010设为1(快速调试模式)，当完成参数设置后，将参数P010再设为0。参数P304,P305，P307，P310和P311只能在快速调试模式下修改。P0304=380V,额定电机电压，P0305=0.8A,额定电机电流，P0307=250W,额定功率，P0310=50Hz,额定电机频率，P0311=1400r/min,额定电机速度，这些设置因使用的电机而不同［11］。⑷设置本地/远程控制模式：P0700(Index0)=5,在COM链接中设置到USS的频率设定值：P1000(Index0)=5(对应9.6kbps),斜坡上升时间(可选)：P1120=10(0至65000)这是一个以秒为单位的时间，在这个时间内，电机加速至最高频率。斜坡下降时间(可选)：P1121=8(0至65000)这是一个以秒为单位的时间，在这个时间内，电机减速至完全停止

设置串行链接参考频率：P2000=50(1至650Hz),设置USS标准化：P2009(Index0)=0,设置RS-485串口波特率：P2010(Index0)=6(9600波特)，输入从站地址：P2011(Index0)=1(0至31),每个驱动(最多31)都可通过总线操作。设置串行链接超时：P2014(Index0)=0至65535毫秒(0=超时禁止)，这是到来的两个数据报文之间最大的间隔时间。该特性可用来在通讯失败时关断变频器。当收到一个有效的数据报文后，计时启动。如果在指定时间内未收到下一个数据报文，变频器关断并显示故障代码F0070。该值设为零则关断该控制。从RAM向EEPROM传送数据：P0971=1(启动传送)将参数设置的改变存入EEPROM。USS协议简介利用S7-200与MM440变频器通讯，通过变送器等设备，将模拟信号输入 PLC，通过S7-200监控MM440动作。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。2.3.1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。如图2-2：BCCBCCSTX:STX区是一个字节的ASCIISTX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（数量n）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。MICR0MASTER4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。见图2-3：76543 21X*--kk kk.H4-'从站结点地址"■>ll0-31*-图2-3地址（ARD）的位号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所示。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效。它是该信息中BCC前面所有字节“异或”运算的结果［12］。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。2.3.2有效的数据字符有效字符如图2-4：PKW区PZD区PKEINDPWE1PWE2PZD1PZD2图2-4有效数据字⑴PKW区（参数识别标记ID-数值区）PKW区说明参数识别ID-数值（PKW）接口的处理方式。PKW接口并非物理意义上的接口，而是一种机理，这一机理确定了参数在两个通讯伙伴之间 （例如控制装置与变频器）的传输方式，例如参数数值的读和写。PKW区的结构：PKW区前两个字（PKE和IND）的信息是关于主站请求的任务（任务识别标记ID）或应答报文的类型（应答识别标记ID）。PKW区的第3,第4个字规定报文中要访问的变频器的参数号（PNU）。PNU的编号与MICR0MASTER4的参数号相对应，例如，1082=P1082=Fmax3当P2013=3（固定长度为3个字），P2013=4（固定长度为4个字），当P2013=127长度可变）。如果P2013选择PKW为固定长度（3或4）,那么，主站必须在PKW区正确地发送3或4个字（否则，从站将不能对报文作出响应）。从站的应答PKW也是3或4个字。如果MICROMASTER4采用固定长度，则应是4个字，因为3个字不足以支持很多参数（也就是双字长的参数）。对于可变长度的PKW（127），主站只发送PKW区任务所必需的字数，应答报文的长度也只是需要多长就多长。（2） PZD区域（过程数据区）通讯报文的PZD区是为控制和监测变频器而设计的。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，而且，总是传送接口上当前最新的有效数据。虽然根据P2012（访问级3）的设置，变频器也可以采用0到4个字长的PZD进行操作，但是，MICR0MASTER4通常采用的是2个字长的PZD。PZD任务报文的第1个字是变频器的控制字（STW）。PZD任务报文的第2个字是主设定值（HSW）。这就是主频率设定值，是由主设定值信号源 USS提供的。⑶MICR0MASTER4有关USS通讯的参数设置MICROMASTER4可以有两种USS通讯接口：RS232和RS485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。例如：P0003=2,访问第2级的参数所必须的。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）。P201仁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）。S7-200中USS指令介绍及使用USS指令下面来了解S7-200中与变频器通讯使用的USS协议指令，便于编程控制。西门子200系列的PLC可以和变频器直接进行USS协议的串行通信，指令如图2-5。通过USS指令，可以控制这个物理驱动，并读/写驱动参数。进行这种USS通讯需要调用STEP7--Micro/WIN的USS指令库。该指令库包括预先组态好的子程序和中断程序，这些子程序和中断程序都是专门为通过 USS协议与驱动通讯而设计的。可以在STEP7--Micro/WIN指令树的库文件夹中找到这些指令。当您选择一个USS指令时，系统会自动增加一个或多个相关的子程序（USS1到USS7）。曰匸_]USSProtocolPort1(v2.3j曰匸_]USSProtocolPort1(v2.3j|-USS_INIT_F1-USS_CTRL_P1-us£_rpmJw_fi旨令表_R-US£_WPM_W_P1-USS_WPM,D_P1-USS_WFTd_FiF1:ci-CF□S7-200指二一司卜…匸

*―C

_.一£oj调用子程序图2-5指令树中USS指令USSINIT指令USS_INIT指令(图2-6)用来使能、初始化或禁止MicroMaster驱动的通讯。USS_INIT指令必须无错误地执行，才能够执行其它的 USS指令。指令完成后，在继续进行下一个指令之前，Done位立即被置位。当EN输入接通时，每一循环都执行该指令。在每一次通讯状态改变时只执行一次USS_INIT指令。使用边沿检测指令脉冲触发EN输入接通。要改变初始化参，需执行一个新的USS_INIT指令。USS_CRTL指令USS_CRTL指令(图2-7)用于控制激活的MicroMaster驱动。USS_CTRL指令将选择的命令放到通讯缓冲区内；然后，如果已经在USS_INIT指令的激活参数中选择了驱动，则此命令将被发送到该驱动 (驱动参数)中。对于每一个驱动只能使用一个USS_CTRL指令。有些驱动只以正值的形式报告速度。如果速度为负，驱动报告一个正的速度值同时反向D_Dir位(方向位)。EN位必须接通使能USS_CTRL指令。该指令要始终保持使能。RUN(RUN/STOP)指示驱动是否接通⑴或断开(0)。当RUN位接通时，MicroMaster驱动接收命令，以指定的速度和方向运行。为使驱动运行，必须满足以下条件：该驱动必须在USS」NIT中激活。OFF2和OFF3必须设为0。Fault和Inhibit位必须为0。USS_RPM_x指令(图2-8)USS_RPM_W指令读取一个无符号字类型的参数。USS_RPM_D指令读取一个无符号双字类型的参数。USS_RPM_R指令读取一个浮点数类型的参数。同时只能有一个读(USS_RPM_x)或写(USS_WPM_x)指令激活。当MicroMaster驱动对接收的命令应答或有报错时， USS_RPM_x指令的处理结束。逻

辑扫描继续执行要使能对一个请求的传送，EN位必须接通并且保持为1直至Done位置1,即意味着过程结束。例如，当XMT_REQ输入接通时，每一循环扫描向MicroMaster驱动传送一个USS_RPM_x请求。因此，应使用脉冲边沿检测作为XMT_REQ的输入，这样，每当EN输入有一个正的改变时，只发送一个请求。USS_WPM_x指令(图2-9)USS_WPM_W指令写一个无符号字类型的参数。USS_WPM_D指令写一个无符号双字类型的参数。USS_WPM_R指令写一个浮点数类型的参数。同时只能有一个读(USS_RPM_x)或写(USS_WPM_x)指令激活。当MicroMaster驱动对接收的命令应答或有报错时， USS_WPM_x指令处理结束，在这一过程等待应答时，逻辑扫描继续执行[13]oUSS_EN—匸TRLHUMUSS_EN—匸TRLHUMnrrsOFF5l_ALKDIRUpivsI1C3P_FiTfdciErrornui-LCND.DirinhibitF列Jll图2-7USS_CTRL指令-EN■XMT「■DriycDorie■P師mEiroi■IndexValue-DBPtrUSSRPMW图2-8USSRPMW指令□SS_V/PM_W-EM-XMI-EEPR*-Drive DoriF^-ParamErrcr-index-Value- 图2-9USS_WPM_W指令S7-200中通讯接口设置连接4系列MicroMaster驱动，将485电缆的两端插入为USS操作提供的两个卡式接线端，实验台已经连接好，需要对应变频器设定 PG/PC接口，如图2-10、图2-11、图2-12

所示[14]在工具栏“设置PG/PC接口”项，选择PC/PPIcable（PPI后，点击属性设置，在PPI设置中传输率设定为9.6kbps,本地连接中对应S7-200中电缆线接口方式为COM1和USB设置中传输率设定为方式，本设计中使用COM1243通讯程序以控制一个变频器为例，检测控制1号变频器。程序如图2-13至图2-16:10.010.110.210.310.4发送驱动地址速度设定（%）USS_CTRL_P1EMRUNOFF2FACkDIRDriveType10.010.110.210.310.4发送驱动地址速度设定（%）USS_CTRL_P1EMRUNOFF2FACkDIRDriveTypeSpeed*"Resp_RErrorStatusSpeedRuri_END_DilInhibitf*口皿-MO.-VB2-W/4--VD&-Q0.1-QCJ.2-Q0.3-Q0.4错误状态字驱动返回状态字驱动速度图2-14USS通讯程序2对于4系列的MicroMaster驱动器类型，类型为1。驱动速度是满速的百分比WinCCflexible组态软件通讯介绍及应用3.1人机界面（HMI）简介人机界面装置是操作人员与PLC之间双向沟通的桥梁，很多工业被控对象要求控制系统具有很强的人机界面功能，用来实现操作人员与计算机控制系统之间的数据交换。人机界面装置用来显示PLC的I/O状态和各种系统信息，接收操作人员发出的各种命令和设置的参数，并将它们传送到PLC上。人机界面（HumanMachineInterface）又称人机接口，简称HMI。从广义上说，HMI泛指计算机与操作人员交换信息的设备，在控制领域， HMI—般特指用于操作人员与控制系统之间进行对话和相互作用的专用设备。人机界面用文字或图形动态地显示PLC中开关量的状态和数字量的数值，通过各种输入方式，将操作人员的开关量命令和数字量设定值传送到 PLCo人机界面最基本的功能是显示现场设备（通常是PLC）中开关量的状态和寄存器中数字变量的值，用监控画面向PLC发出开关量命令，并修改PLC寄存器中的参数。人机界面用个人计算机上运行的组态软件来生成满足用户要求的监控画面，用画面中的图形对象来实现其功能，用项目来管理这些画面。在画面中生成图形对象后，只需要将图形对象与PLC中的存储器地址联系起来，就可以实现控制系统运行是 PLC与人机界面之间的自动数据交换［14］。HMI有很强的通信功能，配备多个通信接口，可使用各种通信接口和通信协议，能与各主要生产厂家的PLC通信，还可以与运行组态软件的计算机通信。通信接口的个数和种类与HMI型号有关。多用RS-232和RS-485/422串口通信接口，有的HMI配备有USB或以太网接口，有的可以通过调制解调器进行远程通信。西门子 HMI的RS-485接口可以使用MPI/PROFIBUS-DP通信协议。有些HMI还可以实现一台触摸屏与多台PLC通信，或多台触摸屏与一台PLC通信。WinCCflexible简介WinCCflexible几乎可以为西门子的所有HMI设备进行组态，WinCCflexible具有开放简易的扩展功能，带有VB脚本功能，可以将人机界面集成到TCP/IP网络。

菜单和工具栏是大部分软件应用的基础，菜单中浅灰色的命令和工具栏中浅灰色的按钮在当前条件下不能使用。项目视图在左上角，包含了可以组态的所有元件，生成项目时自动创建了一些元件。项目中的各组成部分在项目视图中以树的形态结构出现， 分为四个层次，项目、HMI设备、文件夹和对角。工作区为图示中间部分，用户在工作区内编辑项目对象。属性视图用于设置在工作区中选取的对象属性，输入参数后按回车键生效。属性窗口一般在工作区下面，在编辑画面时，如果未激活画面中的对象，在属性对话框中将显示该画面的属性，可以对画面的属性进行编辑。工具箱中的对象与HMI型号有关，工具箱中包含过程画面中需要经常使用的各种类型的对象，另外还提供许多库，这些库包含许多对象模板和各种不同的面板。输出视图用来显示在项目投入运行之前自动生成的系统报警信息， 如组态中存在的错误等，会在输出视图中显示。对象视图的对象窗口用来显示在项目视图中指定的某些文件夹或编辑器中的内容[15]WinCCflexible及HMI在本设计中的应用3.2.1项目要求在本设计中，利用组态。项目达到的要求是：(1)编写控制电机和断路器运行的PLC程序。测量电流大于或等于设定值后，断路器动作，检测电机运行数据，并进行参数改写，如停运、变速等。⑵运行WinCCflexible创建新项目，与S7-200的PLC进行连接，建立相应变量。在项目中生成新画面，组态按钮、指示灯等。要求显示电流值，达到短路电流时指示灯闪烁，对应断路器动作，电机动作情况由 PLC控制。按下急停按钮，指示灯闪烁。把WinCCflexible项目下载到触摸屏中，并实现与PLC的在线运行。项目参考画面如图3-2所示：

用PLC编写主程序（图3-3），子程序如上述S7-200与MM440通讯程序:I程序注桂冋躍1品标题11.0 VD2 M2.0H/I— 1I (5.G02E：0CG2MZO QZOI C)GE(n_0匚N图3-3部分程序S7-200中的通讯设置在S7-200中，对系统块进行参数设置，如图 3-4,关键是要与WinCCflexible的通讯设置相一致，便于通讯。在通信画面中，双击“双击刷新”，自动刷新后的状态如图3-5,

这样程序可以正常编译、下载、运行。WinCCflexible中新建项目1•连接设置PLC的程序及通讯参数设置完成，下面进行WinCCflexible的项目建立及通讯连接在WinCCflexible项目视图中，双击“项目一设备_1一连接”，出现连接画面，双击“名称”改名为“PLC”，“通讯驱动程序”下拉框中选择S7-200的通讯，见图3-6口口示例上丈本刿表1对相应的参数设置如图3-7:1P1制時瞅 血n囂 ■1—11 旳 61 .TTVt£*ta（fft）-馳:诙锵 r0那图3-7WinCCflexible中通讯参数设置2.变量设置在“通讯一变量”中，增添画面中相应变量，并进行连接等设置。以“电流”为例 （图3-8）,“连接”选择“连接_1”，“数据类型”为Real，“地址”项应该与编写的PLC程序中对应为“VDO”。其他变量同理。1JU*11JU*1[U播J ▼^p4wIitST押Jrw13,D1M-內BP??号aL1f（内瑯If*-£^4i离垛W呻址>L]lf吗内5TK♦扌IIf彳內珂石fl!■鼻低clA^bCUt>1.cABE^Efiarrtc迢百1：■•址n1rtjspsa>Ft'iL'a弍迪頁缔址》IcKlSSB>站Ca<i«百墙址eI<内 >SadV耀肖峙址■-ItU-4画面组态中用到符号I0域，例如显示动作断路器，所以，要进行文本列表设置，设置如图3-9:在画面中，用文本域增加“电流值”、“动作断路器”、“动作电机”；电流值的数值显示使用“10域”，设置类型、格式等内容，不再赘述。4.画面组态对于电流值旁边报警显示的指示灯，用“图形视图”添加合适图形后，对“属性”中的参数简单设置，设计要求中，希望电流值大于设定值时 （如500）,指示灯闪烁，所以设置如图3-10。显示动作断路器和动作电机，以断路器组的设置为例，电机组同理如图 3-11。“急停”按钮的设置，除基本的常规、属性中的文本设置等参数设置，要进行事件设

置（图3-12）。“事件”中选择“按下”，调用“编辑位”下的 Setbit函数，在橘红色区域设置变量为“启动”。同理，“事件一释放”中调用 Resetbi函数，在橘红色区域设置变量为“停止”，完成对按钮“急停”的动作设置耿性_田却■M耿性_田却■M平阿■華肛紀0■直侧俺・1.见・生«■庵更*rtF：l图3-10指示灯参数设置襄式制心h田 -31S■位号O兰|^0-311

STST项目文件的在线下载与在线运行将WinCCflexible组态的项目下载到HMI设备中，以及实现HMI与PLC的通讯和联机运行。用标准的交叉网络线把电脑PC与触摸屏相连，把电脑PC中的组态项目下载到触摸屏。用标准的SimaticMPI通讯线把HMI与PLC连接起来，便与触摸屏与PLC进行数据交换。在HMI设备画面中，点击“Transfer”(传送)，将HMI设备切换到传送模式。点击“Start”(开始)，启动运行系统打开HMI设备。⑶点击“ContolPane”(控制面板)，进行各种设置。(4)点击“Taskbar”(任务栏)，经行通道设置。在操作面板中，“Network”中设置IP地址(如192.168.0.2),等待PC下载。在电脑中，“网上邻居”选择“属性”，“本地连接一属性”，选择“Internet协议(TCP/PC)

—属性”，设置IP地址(如192.168.0.1)WinCCflexible视图中，单击工具栏中传输设置三-,模式中选择以太网(图3-13),在“计算机名或IP地址”中填入触摸屏地址(如192.168.0.2),设置完后单击“传送”按钮，把本项目传送到HMI中即可运行。MCGS组态软件介绍及使用4.1组态概念组态(Configuration)是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一项具体任务的过程。简单地说，与硬件生产相对照，组态与组装类似。比如组装一台电脑，要事先提供了各种型号的主板、机箱、电源、CPU、显示器、硬盘、光驱等，我们的工作就是用这些部件拼凑成自己需要的电脑。当然软件中的组态要比硬件中的“部件”更多更灵活，因为软部件都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格，如大小、性状、颜色等。在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序来实现的。编写程序不但工作量大、周期长，而且容易犯错误。组态软件的出现，解决了这个问题。对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。组态软件是有专业性的，一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中，如PLC梯形图组态，人机界面生成软件就叫工控组态软件。组态形成的数据只有其制造工具或其他专用工具才能识别。但是不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的，从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。虽然说组态就是不需要编写程序就能完成特定的应用，但是为了提供一些灵活性，组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类似组态软件 VB的语言。MCGS组态基本介绍4.2.1MCGS组态概念及特点MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem)是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等操作系统。MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出

以及企业监控网络等功能。MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。MCGS已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。422MCGS的构成MCGS系统包括组态环境和运行环境两个部分（图4-1）。用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行，组态环境相当于一套完整的工具软件，它帮助用户设计和构造自己的应用系统。用户组态生成的结果是一个数据库文件，称为组态结果数据库。运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。运行环境本身没有任何意义，必须与组态结果数据库一起作为一个整体，才能构成用户应用系统。一旦组态工作完成，运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在监控计算机上。MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序 McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为 .mcg的工程文件，又称为组态结果数据库，其与MCGS运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程”。MCGS组态软件五大组成部分MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程的名称,编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。用户窗口：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。实时数据库：是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将 MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序 （if…the脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、定时器、配方操作、多媒体输出等。详见图 4-2。MCGS组态软件的工作方式MCGS如何与设备进行通讯：MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换,包括数据采集和发送设备指令。MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序，将数据传送到工程中的各个部分，完成整个系统的通讯过程。MCGS如何产生动画效果：MCGS为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性，女如:一个长方形的动画属性有可见度、大小变化、水平移动等，每一种动画属性都会产生一定的动画效果。动画属性是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。在组态环境中生成的画面都是静止的，在工程运行中产生动画效果的方法是：图形动画属性中都有一个“表达式”设定栏，在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量，连接到实时数据库中，以此建立相应的对应关系，即为动画连接。MCGS如何实施远程多机监控：MCGS提供了一套完善的网络机制，可通过TCP/IP网、Modem网和串口网将多台计算机连接在一起，构成分布式网络监控系统，实现网络间的实时数据同步、历史数据同步和网络事件的快速传递。分布式网络监控系统的每一台计算机都要安装一套MCGS工控组态软件。MCGS把各种网络形式，以父设备构件和子设备构件的形式，供用户调用，并进行工作状态、端口号、工作站地址等属性参数的设置。如何对工程运行流程实施有效控制： MCGS开辟了专用的“运行策略”窗口，建立用户运行策略。MCGS提供了丰富的功能构件，供用户选用，通过构件配置和属性设置两项组态操作，生成各种功能模块（称为“用户策略”），使系统能够按照设定的顺序和条件，操作实时数据库，实现对动画窗口的任意切换，控制系统的运行流程和设备的工作状态。所有的操作均采用面向对象的直观方式，避免了烦琐的编程工作。4.3用MCGS组态软件进行简单的保护动作组态4.3.1设计要求三段保护简例中，短路时，断路器1速断动作，短路电流较大时，断路器2延时0.5s后动作，短路电流过大，断路器3延时1s后动作，切除故障。以简单的三段保护为例，首先建立新的MCGS工程，在“用户窗口”中新建“三段保护”窗口，并进行属性设置。在“三段保护”窗口中构图，在工具箱里选择合适的元件进行组态。本例中，选择电机一台，断路器三台，报警指示灯三盏对应三台断路器，流动块为线路中电流，指示仪表一个，用于显示电流值，报警报表一个，显示不同电流下的报警状态。

如图4-3。三ww•三ww•Jflw9曼 *1.料F於二ZE1銚身世二n：_轲二SiflB 生師［虫生詛吐业曲出蚩塾地辿Its所1*逝（飘4h・i>4二肆#rtv9901冃厂H曲帛上牺加MFKCITW二Mlmt加INIutfLtm林1饨:1口胡怕■'占幢<■*t*■H0J'■■fl<图4-3MCGS组态的示例4.3.2组态及属性设置在实时数据库中新增策略（图4-4），添加电机、断路器、短路电流等变量，并进行变量数值属性等设置，以电机为例，电机的基本属性中对像名称改为“电机”，对象类新选择开关”在组态窗口中对各元件进行属性设置，以断路器 1为例，当短路电流流过断路器1,并达到断路器1的I段保护动作值，断路器1动作，由正常状态的蓝色变成动作时的红色，设对于断路器1后的线路流动块，设置为，正常状态下，电流流动，短路使断路器1动作时，无短路电流，即看不到流动块，设置如图 4-6、图4-7:报警指示灯的动画连接如图4-8：报警显示的表格，设置如图4-9：在用户窗口中，将“三段保护”设置为启动窗口，这样在运行组态时才能看到设置的组态运行情况。在设备窗口中，对模拟设备进行连接在运行策略中，对循环策略进行策略组态，添加脚本程序，使组态自动运行。如图4-10在用户窗口中新建窗口为“数据显示”（图4-11）,在数据显示中组态实时数据和实时曲线，便于对电流数据的直观监控。保存设置后，运行组态，即可看到自动动画组态。PROFIBUS的介绍及使用5.1现场总线简介5.1.1现场总线概念按照IEC的解释：现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统 4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输。是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、 控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。原来这些机器间的主体配线是ON/OFF、接点信号和模拟信号，通过通讯的数字化，使时间分割、多重化、多点化成为可能，从而实现高性能化、高可靠化、保养简便化、节省配线 （配线的共享）。现场总线主要用于制造业、流程工业、交通、楼宇、电力等方面的自动化系统中。5.1.2现场总线的特点现场控制设备具有通信功能，便于构成工厂底层控制网络。通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性。功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散性。5.1.3现场总线的优点现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列， 为其应用开拓了更为广阔的领域；一对双绞线上可挂接多个控制设备，便于节省安装费用；节省维护开销；提高了系统的可靠性；为用户提供了更为灵活的系统集成主动权。5.1.4现场总线技术的发展趋势从现场总线技术本身来分析，它有两个明显的发展趋势：一是寻求统一的现场总线国际标准二是IndustrialEthernet走向工业控制网络统一、开放的TCP/IPEthernet是20多年来发展最成功的网络技术 ，过去一直认为，Ethernet是为IT领域应用而开发的，它与工业网络在实时性、环境适应性、总线馈电等许多方面的要求存在差距， 在工业自动化领域只能得到有限应用。 事实上，这些问题正在迅速得到解决，国内对 EPA技术(EthernetforProcessAutomation)也取得了很大的进展。随着FFHSE的成功开发以及PROFInet的推广应用，可以预见 Ethernet技术将会十分迅速地进入工业控制系统的各级网络。西门子有PROFIBUS通信协议，利用S7-300与S7-200系列通讯，可以直观系统地检测远程设备的运行情况，并能够在故障时及时控制动作。PROFIBUS介绍5.2.1简介PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的 现场总线标准。PROFIBUS传送速度可在9.6kbaud~12Mbaud范围内选择且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。 广泛适用于制造业自动化、 流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。 PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。 可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络， 从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。5.2.2组成PROFIBUS由三个兼容部分组成，PROFIBUS-DP(DecentralizedPerphery)PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification)主要使用主-从方式，通常周期性的与传动装置进行数据交换。5.2.3功用PROFIBUS-DP是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式 I/O的通信，使用PROFIBUS-DP可取代24VDC或4-20mA信号传输。PORFIBUS-PA专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有安全规范。PROFIBUS-FMS:用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络 ［16］。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。5.2.4性能与其它现场总线系统相比， PROFIBUS的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性。目前已应用的领域包括加工制造、过程控制和自动化等。 PROFIBUS开放性和不依赖于厂商的通信的设想，已在 10多万成功应用中得以实现。市场调查确认，在德国和欧洲市场中 PROFIBUS占开放性工业现场总线系统的市场超过 40%。PROFIBUS有国际著名自动化技术装备的生产厂商支持，它们都具有各自的技术优势并能提供广泛的优质新产品和技术服务 ［17］。S7-300与S7-200的PROFIBUS通信CP343-1是S7-300系列的PROFIBUS通信模块，带有PROFIBUS接口，可以作为PROFIBUS-DP的主站也可以作为从站，但不能同时作为主站和从站，而且只能在 S7-300的中央机架上使用，不能放在分布式从站上使用［18］。PROFIBUS-DP主站带CP343-1的S7-300的CPU315-2DP；从站是ET200M，EM277，MM440，HMI。选择CPU315-2DP做主站，“Hardware”添加轨道，在槽中添加电源模块。在管理器屏幕的“项目”对象中，插入新的组件，“InsertNewObject—PROFIBUS”，生成网络对象PROFIBUS(I)，在自动打开的网络组态工具中，可以对MPI和PROFIBUS网络组态。“PROFIBUS—NetworkSetting”，设置传输速率。在“SIMATICManager”的主屏幕中，双击“DP”所在的行，在打开的对话框中，选择该站为DP主站。在“Genera”选项卡中的“Parameters选项中，设置站的地址，默认的站地址为2,“Subnet'中“notnetworked”为不联网，选择建立好的“PROFIBUS(1)”子网络才能进行网络通讯。打开主屏幕，在“PROFIBUS-DP”文件夹，在“ET200B”文件夹中选择16输入16输出的“ET-200B-16DI/16DO”，将它拖到PROFIBUS网络线上，就把该DP从站连接到DP主站上了，设置地址为4。EM277是模块化的