【自动重合闸的构成原理和PLC设计12000字（论文）】

PAGEVII自动重合闸的构成原理和PLC设计摘要据统计，系统中永久性故障一般不到10%，其余故障都是由于雷击过电压引起的绝缘子表面闪络，大风时的短时碰线，树枝落在导线上等引起的瞬时故障。当系统出现故障时，保护立刻动作使线路或设备断电，在非常短暂的时间内，故障点的电弧就会自动熄灭，使绝缘自动恢复。此时自动重合闸装置动作，自动将断路器合上，恢复系统正常运行。针对传统的电磁式重合闸装置存在动作级数多，触点粘连等不可靠因素，采用PLC实现自动重合闸，对其进行硬件设计和软件编程，所用元件极少，故障率大大降低，克服了电磁式重合闸控制方式的不足。控制柔性好，控制系统的供电可靠性高。分析了传统继电器式自动重合闸装置存在的缺点，提出利用PLC设计自动重合闸装置，绘出梯形图。自动重合闸装置应动作，使断路器重新合闸；自动重合闸装置的动作次数应符合预先设定的次数，本文采用一次式自动重合闸装置，即当重合于永久性故障而再次跳闸后，就不会在动作，自动重合闸动作以后，如果故障消除，能自动复归，准备好下一次再动作，如果重合于永久性故障，则需要手动复位。关键词：可编程逻辑控制器（PLC），自动重合闸，可靠性，应用目录TOC\o"1-3"\h\u摘要 I1绪论 12自动重合闸 22.2自动重合闸的基本概念 22.2.1自动重合闸的作用 32.2.2自动重合闸的要求 32.2.3自动重合闸的选择原则 32.2.4自动重合闸的启动方式 42.3自动重合闸的构成和原理 42.3.1正常情况 52.3.2故障情况 62.3.3手动跳闸 62.3.4手动合闸 63PLC的基本结构 73.1PLC的工作原理 104PLC控制自动重合闸 134.1PLC自动重合闸系统概述 134.2自动重合闸的选择 154.3PLC的选型与设计 154.3.1S7-200的结构图示 164.3.2主机结构 174.3.3S7-200的扫描周期和工作方式 194.3.4S7-200的输入输出扩展 204.3.5S7-200主机性能指标 214.4S7-200的软件编程 234.4.1编程语言 234.4.2显示面板 244.4.3特殊功能模块 254.5软硬件设计 254.5.1I/O地址分配表 254.5.2梯形图 264.5.3PLC硬件接线图 264.5.3二次控制回路接线 26总结 29参考文献 30附录 321绪论1绪论自动重合闸（ARD）装置是将因故障跳开后的断路器按需要自动投入的一种自动装置。电力系统运行经验表明，架空线路绝大多数的故障都是瞬时性的，永久性故障一般不到10%。因此，在由继电保护动作的切除短路故障以后，电弧将会自动熄灭，在多数的情况下短路处的绝缘能够自动恢复。因此，自动使断路器重合，不仅提升了供电的可靠性，减少停电的损失，而且还增加了电力系统的暂时稳定的水平。随着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，对电力需求愈来愈大，促使电力事业迅速发展，电网不断扩大，用户对供电质量和供电可靠性要求越来越高，甚至连发生电源的瞬时中断也不能忍受。“电力法”和“承诺制”的公布和贯彻执行，要求电力供应部门提供安全、经济、可靠和高质量的电能。传统的技术和管理手段已无法适应新的形势，PLC自动重合闸就是为了这一目的而提出来的。先进PLC的发展代表着国家的综合科技实力和水平，目前许多先进工业国家都已将PLC技术列为21世纪高科技发展计划。其发展呈现两个突出特点:一个是在横向上，PLC的应用领域在不断的扩大，正从传统的制造向人类工作和生活的各种领域扩展，PLC的种类日趋增多；另一方面是在纵向上，随着需求范围的扩大，PLC的结构和形态发展多样化，高端系统呈现明显的仿生和智能特征，其特性不断提高，功能不断扩展和完善，各种PLC向更智能化和人类社会更密切的融合方向发展。 2自动重合闸2.2自动重合闸基本概念按重合闸的动作来分，可分为电气式和机械式。按重合闸作用于断路器的方式，可分为三相普通重合闸、单相重合闸和综合重合闸三种。按重合闸的构成原理来分，可分为电磁式、晶体管式、集成电路式、数字（微机）式。按动作次数来分，可分为一次式和多次式。按使用条件来分，可分为单侧电源重合闸和双侧电源重合闸。双侧电源重合闸又可分为检定无压重合闸、检定同期和不检定三种。2.2.1自动重合闸的作用架空线路的故障大多是“瞬时性”的故障，当线路被继电保护迅速动作控制断路器断开以后，故障点的绝缘水平就可以自行恢复，故障就会消失。此时，如果把断开的线路断路器重新合上，就能够恢复正常的供电。此外，也有“永久性故障”，“永久性故障”在线路被断开之后，它们仍然是存在的，即使合上电源，也不能恢复正常供电。因此，在电力系统中采用的自动重合闸装置，即是当断路器由继电保护动作或其它非人工操作而跳闸后，能够自动控制断路器重新合上的一种装置。最大的提高了供电的可靠性，减少了线路的停电次数。如果在高压输电线路上采用了重合闸，就能提高电力系统并列运行的稳定性。如果在架空线路上采用重合闸，就可以暂缓架设双回线路，以节约投资。如果对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起了错误的跳闸，也能够起纠正的作用。但是，如果当重合于永久性故障上时，它也会带来一些不利影响，如:（1）使电力系统再一次受到故障的冲击。（2）由于断路器在很短的时间内，连续切断两次短路电流，而使其工作条件变得更加恶劣。2.2.2自动重合闸的基本要求正常运行时，当断路器由继电保护动作或其它原因而跳闸后，自动重合闸装置均应动作。由运行人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时，自动重合闸不应起动。继电保护动作切除故障后，自动重合闸装置应尽快发出重合闸脉冲。自动重合闸装置动作次数应符合预先的规定。自动重合闸装置应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电保护的动作，以便加速故障的切除。在双侧电源的线路上实现重合闸时，重合闸应满足同期合闸条件。当断路器处于不正常状态而不允许实现重合闸时，应将自动重合闸装置闭锁。2.2.3自动重合闸的选择与原则（1）三相普通一次重合闸的方式适用于110kv及下面的电网当中，尤其是在集中供电地区的密集型环网之中，线路跳闸后不再需要进行重合闸也可以进行稳定的运行线路，适和在单侧电源辐射形式的线路，不适和在大机组的出口处。（2）单相重合闸及综合重合闸方式适用于220kv及以上的电网中，当发生单相接地故障时，如果使用三相重合闸不能保证系统的稳定性，或者地区系统会出现大面积停电，或者会导致重要负荷停电时，特别是大型机组的高压配电线路，使用三相重合闸的线路，在使用单相重合闸时对系统恢复供电有较好的效果。（3）检定无压或者是检定同期重合闸的方式可以适用于两端都有电源的线路或者是不允许进行非同期合闸的线路，双回线路上可以直接检定另一条回线路上有电流来判定同期。（4）

非同期重合闸方式并列运行的电力系统之间应有三条或三条以上的紧密联系的线路，非同期重合闸时产生的冲击电流没有超过规定的允许值，重合后电力系统可以很快恢复同期运行时，在非同期重合闸所产生的振荡过程里，对重要负荷的影响比较小。2.2.4自动重合闸的启动方式自动重合闸的启动方式基本有两种:断路器控制开关位置和断路器位置不对应的启动方法与保护启动方法。其中不对应启动方式的优点为:简单而且可靠，并且还可以纠正断路器的误碰或者偷跳，能够加大供电的可靠性与系统运行的稳定性，在各级电网里边有良好的运行效果，是全部重合闸的基本启动的方式。它的缺点就是:当断路器辅助的触点在接触不良好的情况下，不对应启动方式就会失效。进行保护起动的方式，就是对不对应启动方式的补充。于此同时，在单相重合闸过程里也要进行一些相关的保护闭锁，比如说，如果逻辑回路中需要对故障相进行选相固定等，那么也需要一个可以保护启动的重合闸启动元件。其缺点就是，不能够纠正断路器误动。2.3自动重合闸的构成及原理电磁式三相一次自动重合闸的原理接线图如图2.1所示:图2.1自动重合闸的原理接线图 3可编程控制器PAGE352.3.1在正常情况下断路器处于合闸状态，QF1断开→2KM失电→2KM1断开。而SA处在合后位置，其触点SA21-23接通，触点SA2-4断开→重合闸投入，指示灯HL亮。重合闸继电器的电容C经4R充电，经10--15s后，如果电容器C两端的电压等于电源电压，那么此电压可使中间继电器KM起动。2.3.2在故障情况下断路器跳开以后，QF1闭合--2KM得电--2KM1闭合--起动KT--KT经过约0.5-1s的延时--KT1闭合--电容器C放电--KM起动--闭合其常开触点KM1、KM2、KM3→发出合闸脉冲。(1)如果在瞬时性故障时断路器合闸以后，KM因为电流自保持线圈失去电流从而返回。于此同时，2KM失电——2KM1断开——KT失电，触点KT1断开——电容器C经过4R重新充电，经10-15s后又能使电容C的两端建立电压。使整个回路复归，准备再一次动作。(2)如果是永久性故障断路器合闸以后，继电保护动作将再一次将断路器断开——QF1闭合——2KM得电——2KM1闭合，KT起动——KT1经过约0.5-1s的延时闭合——电容器C就会放电。2.3.3当手动跳闸时SA发出预跳命令——其触点SA2-4接通——将C上的电荷瞬时放掉。SA发出跳闸命令——其触点SA6-7接通→断路器跳闸——2KM1闭合——KT起动，经过约0.5-1s的延时——KT1闭合。这时，储能电容器C两端早已没有电压，KM不能起动——重合闸不可以重合。2.3.4当手动合闸时SA就会发出跳闸命令——SA5-8触点就会闭合，接通合闸回路，QF就会合闸。SA25-28触点就会闭合，起动加速继电器3KM。当故障线路时，保护就会动作，经过3KM的常开触点就会使QF加速跳闸。3.1PLC的基本结构PLC的型号、规格繁多。它主要由中央处理单元CPU、存储器、输入、输出等部分组成。1．中央处理单元CPUCPU是PLC的核心，其主要作用是:（1）接收由编程器输入的用户程序，并且存入到程序存储器中；（2）用扫描方式采集现场输入状态和数据，并存入相应的数据寄存器；（3）执行用户程序，由程序存储器中逐条取出来的用户程序，经过解释程序的解释后逐条执行，完成程序所规定的逻辑和算术运算，并产生相应的控制信号去控制输出电路，从而实现程序规定的各种操作；（4）经过故障自诊断程序，诊断出PLC的各种运行错误。因此，CPU的性能对PLC的整机性能有着决定性的影响。2．存储器PLC的存储器用来存放程序和数据。程序分为系统程序和用户程序。（1）系统的程序存储器该存储器存放了系统程序。系统程序就是由PLC研制者所编的程序，它是决定PLC性能的关键。系统程序有监控程序、解释程序、故障自诊断程序、标准子程序和其他各种管理程序等。系统程序一般由制造厂家提供，一般都固化在ROM或EPROM中，用户不能直接存取。其中系统程序是用来管理、协调PLC的各部分的工作，翻译、解释用户程序，并且进行故障诊断等。（2）用户程序存储器该存储器存放用户程序（应用软件）。用户程序就是用户为了解决实际问题并且根据PLC的指令系统进行编制的程序，它通过编程器输入，经CPU存放入用户存储器。为了方便程序的调试、扩充、修改、完善，所以该存储器使用了RAM。（3）变量存储器变量存储器就是存放PLC的内部逻辑变量，比如有内部继电器、1/O寄存器、定时器/计数器中逻辑变脸的现行值等，这些现行值在CPU进行逻辑运算的时候需要随时读出、更新相关的内容，因此，变量存储器也可以采用RAM。现在用户程序存储器与变量存储器通常采用了低功耗的CMOS-RAM以及铿电池供电的掉电保护技术，能够提高运行的可靠性。一般PLC产品资料中所指的内存储器容量，就是指用户程序存储器，而且以字为单位来表示存储器的容量。3．输入输出接口（简称1/0）输入输出接口是CPU与工业现场装置之间的连接部分，是PLC的重要组成部分。与微机的1/O接口工作于弱电的情况不同，PLC的I/O接口是按强电要求设计的，即其输入接口可以接受强电信号，其输出接口可以直接和强电设备相连接。一般对于小型的PLC，厂家都通常将1/O部分安装在PLC的本体部分，但是对于中、大型的PLC各厂家通常都是将1/O部分做成扩充的、可供选取的模块组件，用户可根据自己的需要选取不同功能、不同点数的1/O组件来组成自己的控制系统。为便于检查，每个1/O点都接有指示灯，某点接通时，相应的指示灯发光指示。用户可以方便地检查各点的通断状态。（1）输入接口输入接口的功能是采集现场各种开关接点的状态信号，并将其转换成标准的逻辑电平，送给CPU处理。一般的输入信号多为开关量信号，各种开关量输入接口的基本结构大同小异，常有直流和交流开关量输入接口电路两种。交流开关量输入接口电路与直流开关量输入接口电路的主要区别是，前者要由现场提供交流电流，输入的交流信号经整流后得到直流，再去驱动光电耦合器。在机械设备中，除开关量外，还常遇到一些模拟量如温度、压力、位移和速度等。对这些模拟量进行采集时，必须经模数转换器（ACD）将模拟量转换成数字量，才可以被PLC的CPU所接受。（2）输出接口输出接口有多种方式，就是为了适应不同的负载。经常用的有晶闸管输出方式、晶体管输出方式以及继电器输出方式。其中晶体管输出方式是用于直流负载;而晶闸管输出方式用于交流负载，继电器输出方式可以用于直流负载，也可用在交流负载。有的PLC还具有模拟输出的接口，可以用于需要摸拟信号驱动的负载。4．编程器编程器就是PLC中一种主要的外部设备，它是开发、维护PLC控制系统的必备设备。编程器用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视，还可以通过其键盘去调用与显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过通信端口与CPU联系，完成人机对话连接。编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯，以及编程、监控转换开关。编程器的键盘采用梯形图语言键符，也可以采用软件指定的功能键符，通过屏幕对话方式进行编程。编程器有便携式和CRT智能式两大类，前者只能联机编程，而后者既可联机编程，又可脱机编程。便携式编程器体积小，重量轻，可随身携带，便于在生产现场使用。一般的小型PLC主要采用便携式编程器。编程器是专用的，不同型号的PLC都有自己专用的编程器，不能通用。PLC正常工作时，不一定需要编程器。因此，多台同型号的PLC可以只配一个编程器。5．其他设备PLC的外部设备还有盒式录音机、打印机、EPROM写入器及高分辨率屏幕彩色图形监控设备等。3.2PLC的工作原理与普通微机类似，PLC也是由硬件和软件两大部分组成的。在软件的控制下，PLC才能正常地工作。软件分为系统软件和应用软件两部分。PLC的基本工作如下:（1）输入现场信息:在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态;（2）执行程序:顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算;（3）输出控制信号:根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。上述过程执行完后，又重新开始，反复地执行。每执行一遍所需的时间称为扫描周期。PLC的扫描周期通常为几十毫秒。在实际应用中，大多数机械设备的工作过程可以分为一系列不断重复的顺序操作，PLC的工作方式与此相似。因此，PLC的程序可与机器的动作一一对应，程序编制简单、直观、不容易出错，而且容易修改，从而大大减少了软件的开发费用，缩短了软件的开发周期。为了提高工作的可靠性，及时接收外来的控制命令，PLC在每次扫描期间，除完成上述三步操作外，通常还要进行故障自诊断，完成与编程器等的通信。每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、存储器和CPU等进行诊断，诊断的方法通常是测试出各部分的当前状态，并与正常的标准状态进行比较，若两者一致，说明各部分工作正常，若不一致则认为有故障。此时，PLC立即启动关机程序，保留现行工作状态，并关断所有输出点，然后停机。诊断结束后，如没发现故障，PLC将继续往下扫描，检查是否有编程器等的通信请求。如果有则进行相应的处理，比如，接受编程器发来的命令，把要显示的状态数据、出错信息送给编程器显示等。处理完通信后，PLC继续往下扫描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输出控制信号，完成一个扫描周期。然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。PLC就这样不断反复循环，实现对机器的连续控制，直到接收到停机命令，或因停电、出现故障等才停止工作。 4PLC控制自动重合闸4PLC的控制自动重合闸4.1PLC自动重合闸系统的概述本文旨在设计一个以S7-200PLC为核心的控制器系统，实现对电力线路自动重合闸的控制。传统的自动重合闸装置由各种继电器及控制开关构成（控制原理图如图4.1，图4.2所示）。图4.1自动重合闸装置原理框图图4.2电磁式ARD装置动作过程图由于连接导线繁多，继电器的寿命有限,容易发生装置的误动和拒动，影响电力系统的可靠性，其定时单元由机电式或晶体管式时间继电器构成，误差大且调整不方便，影响上下级保护装置动作时限的配合；装置的功能单一，不利于实现电力系统自动化，且体积大，有色金属消耗多，噪音大。而PLC构成的ARD装置调试简单，组态灵活，可靠性高，具有扩展性，可实现远程通讯，因此，PLC构成的ARD装置具有广阔的应用前景。能克服传统继电器控制存在的不足，而且具有结线简单，工作可靠，便于调试和维护等优点。它一种性能较好的控制器,在恶劣的工作环境下能可靠地工作，其故障率很小。用PLC实现自动重合闸，可用其内部已定义的各种辅助继电器代替传统的机械触点继电器，通过软件编程方式，用内部逻辑关系代替实际的硬件连接线，从根本上简化动作的物理链条，其控制原理如图4.3所示。从继电保护动作启动开始，仅经过PLC逻辑处理后就可直接发出重合闸动作信号，动作过程无触点参与。PLC控制方式既克服了使用传统继电器所带来的种种弊端，又兼容传统继电器的设计思想和技术方案。用PLC实现自动重合闸，可用其内部已定义的各种辅助继电器代替传统的机械触点继电器，通过软件编程方式，用内部逻辑关系代替实际的硬件连接线，从根本上简化动作的物理链条，系统的基本组成框图如图4.3所示:图4.3PLC实现ARD动作过程图图4.4为PLC实现ARD功能的系统原理图:图4.4ARD的系统原理图4.2自动重合闸的选择在我国的电力系统中三相一次重合闸方式的应用相当广泛。三相一次自动重合闸方式是指不论在输电线路上发生相间短路还是接地短路，继电保护装置将动作，断路器将线路的三相一起断开，然后重合闸装置动作，将断路器的三相一起合上的重合闸方式。当故障为瞬时性时，则重合成功；当为永久性故障时，则继电保护再次将断路器三相一起断开，不再重合。本设计所用的重合闸是配电线路上用的单侧电源三相一次自动重合闸。为加速切除故障，提高供电的可靠性，保证系统安全可靠的运行，一般有继电保护配合工作。而继电保护与三相一次自动重合闸的配合方式有两种：自动重合闸前加速，自动重合闸后加速。而前加速保护主要用于35KV以下有发电厂或重要变电所引出的直配线路上，以便快速切除故障，保证母线电压。另外从经济和其他方面考虑，应选用前加速保护。前加速保护的优点:（1）能够快速地切除瞬时性故障。（2）可能使瞬时性故障来不及发展成永久性故障，从而提高重合闸的成功率。（3）能保证发电厂和重要变电所的母线电压在0.6～0.7倍额定电压以上，从而保证厂用电和重要用户的电能质量。（4）使用设备少，只需装设一套重合闸装置，简单，经济。前加速保护的缺点:（1）断路器工作条件恶劣，动作次数较多。（2）重合于永久性故障时，故障切除的时间可能较长。（3）如果重合闸装置或断路器拒绝合闸，则将扩大停电范围。4.3PLC的选型与设计PLC是整个控制器的核心，它性能的好坏直接影响到整个系统的性能。通过对PLC控制功能的分析，决定采用德国西门子公司的S7-200系列PLC作为控制系统的核心控制器。西门子公司生产的S7—200系列PLC，它结构紧凑，良好的扩展性，强大的功能指令，价格低廉，S7—200的STEP7—Micro/WIN32编程软件可以方便地在WINDOWS环境下对PLC编程、调试、监控、使得PLC编程更加方便快捷。S7—200系列PLC具有以下几方面的优点:（1）S7—200配置灵活，除主机单元外，还可扩展I/O模块，A/D模块，D/A模块和其它特殊功能模块。（2）S7—200指令功能丰富，可完成各种控制，且指令执行速度快。（3）S7—200可用内部辅助继电器M，状态继电器S，定时器T，寄存器D。（4）S7—200具有良好的扩展性。在1979年，微处理器技术被应用到可编程序控制器中，产生了SIMATICS5系列，取代了S3系列，之后在20世纪末又推出了S7系列产品。最新的SIMATIC产品为SIMATICS7、M7和C7等几大系列。S7—200系列是一种可编程序逻辑控制器（MicroPLCs）。它能够控制各种设备以满足自动化控制需求。S7—200的用户程序中包括了位逻辑、计数器、定时器、复杂数学运算以及与其它智能模块通讯等指令内容，从而使它能够监视输入状态，改变输出状态以达到控制目的。紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令集使S7—200成为各种控制应用的理想解决方案。S7—200CPU将一个微处理器，一个集成电源和数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型PLC。在下载了程序之后，S7—200将保留所需的逻辑，用于监控应用程序中的输入输出设备。德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商，生产的SIMATIC可编程序控制器在欧洲处于领先地位。其第一代可编程序控制器是1975年投放市场的SIMATICS3系列的控制系统。从CPU模块的功能来看，SIMATICS7—200系列小型可编程序控制器发展至今，大致经历了两代:第一代产品其CPU模块为CPU21X，主机都可进行扩展，它具有四种不同结构配置的CPU单元:CPU212，CPU214，CPU215和CPU216，对第一代PLC产品不再作具体介绍。第二代产品其CPU模块为CPU22X，是在21世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通信能力。它具有四种不同结构配置的CPU单元:CPU221，CPU222，CPU224和CPU226，除CPU221之外，其他都可加扩展模块。4.3.1S7-200的结构图示SIMATICS7-200系统由硬件和工业软件两大部分构成，如图4.5所示:图4.5S7-200系统框图1．硬件（1）基本单元（2）扩展单元（3）特殊功能模块（4）相关设备2．工业软件工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序、文档及其规则的总和，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几大类构成。4.3.2主机结构1．各CPU介绍及I/O系统（1）主机外形SIMATICS7-200系统CPU22X系列PLC主机（CPU模块）的外形如图4.6所示:图4.6主机外形图SIMATICS7-200系统CPU22X系列PLC主机及I/O特性如表4.1所示:表4.1I/O特性表类型主机输出类型主机输入点数主机输出点数可扩展模块数CPU221DC/继电器64无CPU222DC/继电器862CPU224DC/继电器14107CPU226DC/继电器241672．存储系统存储系统图如图4.7所示:图4.7存储系统框图主机CPU存储容量表如表4.2所示:表4.2存储容量主机CPU类型CPU221CPU222CPU224CPU226用户程序区存储量2048字2048字4096字4096字用户数据区存储量1024字1024字2560字2560字用户存储器类型EEPROMEEPROMEEPROMEEPROM3．存储安全（1）主机CPU模块内部配备的EEPROM，上装程序时，可自动装入并永久保存用户程序、数据和CPU的组态数据。（2）用户可以用程序将存储在RAM中的数据备份到EEPROM存储器。（3）主机CPU提供一个超级电容器，可使RAM中的程序和数据在断电后保持几天之久。（4）CPU提供一个可选的电池卡，可在断电后超级电容器中的电量完全耗尽时，继续为内部RAM存储器供电，以延长数据所存的时间。（5）可选的存储器卡可使用户像使用计算机磁盘一样来方便地备份和装载程序和数据。4.3.3S7-200的扫描周期和工作方式1．扫描周期（1）输入处理（2）执行程序（3）处理通信请求（4）执行CPU自诊断测试（5）写数字输出2．工作方式（1）STOP方式（2）RUN方式3．改变CPU工作方式的方法（1）用PLC上的方式开关来手动切换，方式开关有3个挡位。（2）用STEP7-Micro/Win32编程软件，应首先把主机的方式开关置于TERM或RUN位置，然后在此软件平台用鼠标单击STOP和RUN方式按钮即可。（3）在用户程序中用指令由RUN方式转换到STOP方式，前提是程序逻辑允许中断程序的执行。4.3.4S7-200的输入输出扩展1．设备连接图4.8实物图2．最大I/O配置的预算（1）电流提供各CPU所能提供的最大5VDC电流如表4.3所示:表4.3CPU提供的电流主机CPU类型CPU221CPU222CPU224CPU226最大扩电流（mA）03406601000（2）模块电流CPU22X可连接的各扩展模块消耗5VDC电流如表4.4所示:表4.4扩展模块消耗电流扩展模块编号扩展模块型号模块消耗电流（mA）1EM221DI8*DC24v302EM222DO8*DC24v503EM222DO8*继电器404EM223DI4/DO4*DC24v405EM223DI4/DO4*DC24v406EM223DI8/DO8*DC24v807EM223DI8*DC24v/继电器808EM223DI16*DC24v1609EM223DI16/DO16*DC24v/继电器15010EM231AI14*12位2011EM231AI4*热电耦6012EM231AI4*RTD6013EM232AQ2*12位2014EM235AI4/AQ1*123015EM277PROFIBUS-DP150S7-200CPU为每个主机数字量输入提供了脉冲捕捉功能，它可以使主机能够捕捉小于一个扫描周期的短脉冲，并将其保持到主机读到这个信号，但前提是只有通过滤波器后，脉冲捕捉才有效。此外，在一个给定的扫描周期内如果有不只一个脉冲，则只有第一个脉冲可以被捕捉到，几种情况下的脉冲捕捉波形如图4.9所示:图4.9脉冲捕捉波形图4.3.5S7-200主机性能指标CPU特性表如表4.5所示:表4.5CPU特性表特性CPU221CPU222CPU224CPU226外形尺寸90*80*6290*80*60120.5*80*62190*80*62程序存储器：可在运行模式下编辑4096字节4096字节8192字节16384字节数据存储区2048字节2048字节8192字节10240字节掉电保持时间50小时50小时100小时100小时本机I/O口6入/4出8入/6出14入/10出24入/16出扩展模块数量0个模块2个模块7个模块7个模块高速计数器：单相/双相4路30KHZ2路20KHZ4路30KHZ2路20KHZ6路30KHZ4路20KHZ6路30KHZ4路20KHZ脉冲输出（DC）2路20KHZ2路20KHZ2路20KHZ2路20KHZ模拟电位器1122实时时钟配时钟卡配时钟卡内置内置通讯口1-RS-4851-RS-4852-RS-4852-RS-485浮点数运算有I/O映像区256（128入/128出）布尔指令执行速度0.22us/指令各元件介绍输入继电器（I）输出继电器（Q）通用辅助继电器（M）特殊标志继电器（SM）变量存储器（V）局部变量存储器（L）顺序控制继电器（S）定时器（T）计数器（C）模拟量输入映像寄存器（AI）模拟量输出映像寄存器（AQ）高速计数器（HC）累加器（AC）S7-200将编程元件统一归为存储器单元，存储单元按字节进行编址，无论所寻址的是何种数据类型，通常应指出它在所在存储区域和在区域内的字节地址。每个单元都有惟一的地址，地址用名称和编号两部分组成，元件名称（区域地址符号）如表4.6所示:表4.6S7-200编程单元原件符号（名称）所在数据区域位寻址格式其他寻址格式I（输入继电器）数字量输入映像位区Ax.yATxO(输出继电器)数字量输入映像位区Ax.yATxM（通用辅助继电器）内部存储器标志位区Ax.yATxSM（特殊标志继电器）特殊存储器标志位区Ax.yATxS（顺序控制继电器）顺序控制继电器存储器区Ax.yATxV（变量存储器）变量存储器区Ax.yATxL（局部变量存储器）局部存储器区Ax.yATxT（定时器）定时器存储器区AY无C（计数器）计数器存储器区AY无AI（模拟量输入映像寄存器）模拟量输入存储器区无ATxAQ（模拟量输出映像寄存器）模拟量输出存储器区无ATxAC（累加器）累加器区AY无HC（高速计数器）高速计数器区AY无4.4S7-200的软件编程STEP7--Micro/WIN编程软件为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。4.4.1编程语言1．语句表语句表（STL）语言类似于计算机的汇编语言，特别适合于来自计算机领域的工程人员。用指令助记符创建用户程序，属于面向机器硬件的语言，STEP7Micro/Win32的语句表如下所示:NETWORK1//NETWORKTITLE(singleline)////NETWORKCOMMENTS//LDI0.0//loadabitOI0.5//orabitAI0.1//andabitLDI0.6AI0.7OLD//orloadAI0.2AI0.3AI0.4=Q10.0///outputabit2．梯形图图4.10梯形图3．功能块图图4.11功能块图4．其他编程语言SIMATIC工业软件中的工程工具中为大型或中型PLC提供了许多高级编程工具，如以下几种:（1）S7-SLC和M7-ProC/C++（2）S7-GRAPH（3）S7-HiGraph（4）CFC4.4.2显示面板文本显示器（TD200和TD200C）TD200和TD200C是20字符双行显示器，可以连接在S7—200上。通过TD200向导，可以轻松地S7—200上实现文本消息和其它应用程序数据的显示。TD200和TD200C提供价格低廉的人机界面，通过它们将能够查看、监控和改变应用程序的过程变量。构造特点:文本显示区，可显示两行信息（每行20个字符）的液晶显示LCD。按键:共有9个键。通信:通过TD/CPU电缆（通用RS232接口）可以提供可编程序控制器与TD200的通信，同时可以提供TD的电源,而不必再另接电源。电源:如果不用TD/CPU通信电缆，可以通过面板右侧的电源接口连接外部电源。主要功能:可以显示从CPU主机读出的信息（如读取指令、数据、当前值及状态）；可以调整运行中选定的程序变量；可以提供对输入输出点的强制功能；可以为实时时钟设置日期和时间；支持多种语言形式的菜单和提示并支持中文。4.4.3特殊功能模块1．数字量扩展模块数字量扩展模块主要有:EM221数字量输入模块，24V，8输入。EM222数字量输出模块，24V，8输出。EM223数字量混合模块，24V。2．模拟量扩展模块模拟量扩展模块主要有:EM231:4模拟输入点，2W，12位。EM232:2模拟输出点，2W，12位。EM235:4模拟输入点，1模拟量输出点，2W，12位。3．热电偶、热电阻模块EM231为1.8W，15位，模拟量输入。4．通信扩展模块EM277PROFIBUS-DP模块用于PLC现场总线通信连接。波特率可从9600~12M波特。5．现场设备接口模块CPU243-2通信处理器是AS-I主站连接部件，专门用于S7-200CPU22x，连接的同时显著增加了S7-200可利用的I/O点数。4.5软硬件的设计应用PLC实现自动重合闸硬