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信息标签:TC-PRS021/E,库存,电子、电工,工控系统及装备

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TC-PRS021/E

TC-PRS021/E系统硬件设计

　　2.1 总体设计

　　本文采用单元机组控制方式，以一种简洁的体系结构和设计方法对小水电站实现顺序控制、转速测量、频率测量、温度巡检、励磁控制、同期控制、电量采集、开关电量采集、通信于一体，同时能将前池水位（或水库水位）、集水井水位、尾水水位显示查询，实时监控单元机组及辅机设备的运行状态，提高了小水电站的综合自动化的可靠性。以西门子的plc s7-200和德州仪器公司ti的高性能数字信号处理器（tms320f2812）为核心控制器，触摸屏为人机交互界面，系统硬件结构如图1所示。

　　TC-PRS021/E为监控的核心部件，由西门子的s7-200cpu226、1台数字量扩展模块em223和1台模拟量扩展模块em235组成。cpu226本身带有24个输入点和16个输出点，**允许扩展7个模块。数字量扩展模块em223具有16个输入点和16个输出点。模拟量扩展模块em235具有4路模拟量输入，1路模拟量输出。本系统设计中plc主要完成发电机组的正常开关机，事故和紧急停机，以及辅助设备的监控，该plc的配置是完全满足了动化设计的要求了。

　　数字信号处理器（dsp）为调速控制、励磁控制、同期控制、综合保护和通信的核心控制器，本文采用美国ti（texas instruments）公司的定点32位dsp芯片tms320f2812。该芯片资源丰富，片内高达128k字的flash程序存储器，高达18k字节的单口ram（saram）；两个事件管理器模块eva和evb，每个包括：4个16位通用定时器；16个16位的脉宽调制（pwm）通道；12位16通道a/d转换器，每通道**小转换时间为80ns，可选择由两个事件管理器来触发的两个8通道输入a/d转换器或一个16通道输入的a/d转换器；增强的控制局域网络（ecan）模块；高达56个可单独编程或复用的输入输出口（gpio）；丰富的外设接口包括一个spi串行外设接口、两个sci串行通信接口、一个uart标准通用异步收发接口、一个can总线接口、一个mcbsp多通道缓冲串行接口［2］，完全能够满足系统设计的要求。

　　触摸屏采用的mt506触摸屏属于256色5.6“tft四线电阻式触摸屏，是专门面向plc应用而设计的，可以实时显示机组的数据信息、图形、字符串、报警信息、历史记录、趋势图等，通过触摸按钮可产生相应的开关信号，或输入数值、字符给plc进行数据交换［5］。

　　TC-PRS021/E监控原理

　　本系统中tms320f2812dsp的功能是接受plc的控制信号，**采集发电机和系统电压、电流值，以**傅立叶算法计算当前的电流、电压、相位、频率，自动调节调速器、励磁单元，**跟踪系统电网的电压、频率以及相位的变化，自动并网，并按机组负荷要求自动加载，并将调速、励磁、同期和保护的状态信息反映到plc上。dsp开发环境texas instruments公司的dsp集成开发环境ccs（code composer studio），是ti公司开发的专门进行tms320系列dsp软件设计的集成开发环境，它采用windows风格界面，集编辑、编译、链接、软件仿真、硬件调试及时跟踪功能与一体。程序采用具有良好模块化结构的c语言编写，具有灵活简便、良好的可读性及高可靠性的特点。整个软件程序由自检、通讯、励磁调节、转速调节、并网等几大模块构成。

触摸屏mt506的编程环境为eview mt500，系统共包含3个模块 easy load［upload（上传）和download（下载）］，easy window（在线模拟和离线模拟）及easy builder。其中easy builder组态软件可以非常方便地为mt506触摸屏进行组态设计，本系统包括初始画面、开机流程画面、停机（紧急停）流程画面、事故报警画面、常用参数设定画面、输入（输出）开关量监测画面、运行统计画面、密码验证画面、报警提示、留言板等。其人性化的操作界面和提示画面简化了系统的操作过程，有效的防止误操作。

3 模块化软件设计

　　本系统plc的功能是发电机组的开关机控制和辅助设备监控。主要包括系统初始化，自动开关机，事故停机，紧急停机和油气水的控制。这些功能是由编程实现的，本文选用梯形图来编制plc程序［1］。

　　为了使程序标准化，同时具有一定的可扩展性，方便日后对程序进行完善、修改，plc程序设计采用了模块化结构设计。整个程序由初始化模块、自动开机控制模块、自动停机控制模块（包括事故、紧急停机）、触摸屏通信模块、遥信和报警控制模块、保护模块等组成。

　　3.1 初始化模块

　　完成对所有使用的中间继电器（m）、定时器（t）和数据寄存器（d）进行初始化处理， 对一些需要初值的参量赋值。

　　3.2 自动开机控制模块

　　在机组自检满足了开机条件之后，当工作人员发出开机令后，自动按照正常安全开机的流程，plc对dsp和辅助设备发出控制信号，dsp启动自动调速，励磁及准同期并网，各辅助设备正常投入工作状态，完成水轮发电机组从安全开机到并网的全过程。自动开机流程图如图2所示。

自动停机控制模块

　　在机组处于发电状态，当工作人员发出正常停机令后，或机组出现紧急事故的情况下，将机组从电力系统中解列，然后按照顺序将水轮发电机组安全停机，各辅助设备完成安全退出发电工作状态，机组自动停机流程图如图3所示。

　　3.4 通信和报警控制模块

　　处理plc与触摸屏和上位机监控主机通信，实时处理触摸屏和上位机监控主机的控制命令，同时采集一些机组的运行参数（如机组转速、油温、油压等），在触摸屏和上位机监控软件上进行实时显示，实时提示系统遥信遥测报警，并立即弹出报警窗口。

　　3.5 保护模块

　　实时监控发电机组和辅助设备运行状态，当出现运行异常时，**反映到触摸屏和监控主机，同时启动事故停机，将发电机组从电网中解列，从而保护发电机组的安全和电网的稳定。

4 结束语

　　本系统可以简化操作过程，可以同时在触摸屏和上位机监控主机上，实现“一键开机”、“一键关机”，高自动化设计适用于小型水电站的运行管理，有效防止人为误操作，提高运行的安全性，有效实现无人值班少人值守。

台达机电系统集成平台以现代电子技术核心基础，致力于驱动（drive）、运动（motion）和控制（control）三大领域的发展，拥有**的：dvp系列plc、dop系列人机界面和ifd系列通讯转换接口等用于控制系统，reo系列编码器用于位置测控系统，asad系列伺服马达与驱动器用于运动控制，vfd系列通用和专用变频器广泛应用于各类电机的驱动与控制……

　　如果您是一名优秀的电气工程师或技术主管，台达工业自动化产品的高性能、易用性、多样化以及由上至下的整合性助力您创造核心价值。无论你在国企、民企或外企，台达电子一定能使你大显身手、助你成功，如果员工（搞电气的）需要培训，plc、dop（hmi）再加上一台变频器，是你**的试验教材；如果设备运转异常、效率低下、技术落后、产品质量不稳定等等，可以浏览台达机电综合产品目录，相信一定会找到合理的解决方案。下面要介绍的一个案例就是这样诞生的：台达plc在温度数据采集方面的应用。

　　某悬挂式工件热处理调质线，产品质量极不稳定，引起客户的抱怨，责丞工艺、设备技术人查找问题所在，拿出解决方案，分析原因可能由于淬火槽内淬火液的温度高低不均，如何能够测出工件在淬火液中的温度分布情况？这是解决问题的关键。传统的方法是传感器加仪表，若同时测工件周围六点的淬火液温度，需要六块仪表，在淬火液中高温工件四周温度的变化剧烈、复杂，如何观察记录呢？怎么分析工件的淬火温度变化曲线是否合理？显然传统的方案显得无奈，台达plc+pc（笔记本）轻松解决问题，且省时经济，精度高，灵活性好。

2 系统硬件、软件选择

　　plc主机：dvp32eh00r2一台；热电阻温度测量模块dvp04pt-h2二块；铂金属传感器pt100（3线制100ω）六支；通讯模块adam—4520一块；开关稳压电源lp1100d-24mac 200v/ dc 24v 4a一块；笔记本一台（本项目借用 **有rs232串口）；plc编程软件wplsoft 2.10由台达公司免费提供；组态软件北京亚控组态王6.5346点演示版。

3 系统配置描述

　　系统用于临时性、实验性、密集型连续测量、记录工件周围淬火介质温度，为改进、改造设备或热处理工艺提供实际数据，如果稍加改动，用于各种介质的温度控制，也是一个很优秀控制方案，因而具有一定推广意义。

　　系统显著地特点：实用性强，方便、快捷、经济，plc编程，组态王编程数小时便可完成，更可贵的组态王演示版，64点开发版免费，可运行2个小时，重启一次，非常经济，对于本项目没有影响。

数据采集系统的整体结构

　　采用台达plc主机dvp32eh+温度测量模块

　　dvp04pt，利用dvp32eh的rs-485通讯口，通过一块通讯模块adam—4520将rs-485信号转化为rs-232信号（由于现场工作环境恶劣pc机离控制器较远故而要使用rs-485信号），连接到pc机上，**后由pc机上的组态王监控软件，完成采集数据的显示、记录与处理，如图1所示。

　　热处理调质线现场生产工艺流程采集温度点位置，如图2所示。

　　3.2 plc温度数据采集程序的编制

　　dvp04pt 温度测量模块可接受外部4点铂金属温度传感器（pt1003线100ω），将其转换成14位的数字信号。通过dvp-plc主机程序以指令from/to来读写模块内的数据，模块内具有49个cr（controlledregister）寄存器，每个寄存器有16bits。电源单元与模块分离，体积小，安装容易。可选择摄氏温度（℃）或华氏（?）温度，摄氏温度输入分辨率为0.1℃，华氏温度输入分辨率为0.18?。两块温度测量模块扩展于plc主机的右侧，6支三线制pt100温度传感器按规定接入2块dvp04pt温度测量模块中，**块接入4支，接入4个通道，第二块接入2支，使用1、2两个通道，不用的通道，短接避免干扰。依据台达plc特殊扩展模块的规则：主机dvp32eh右侧**个特殊扩展模块所在的位置编号为k0，右侧第二个特殊扩展模块所在的位置编号为k1，依此类推，**多扩展八块。编写温度采集的数据程序如图3所示。

**块测温模块程序说明：

　　（1）利用from指令读取模块dvp04pt-h2内＃0寄存器（cr）内的机种编码=h6402，以便检测判断模块是否存在，种类是否正确。

　　（2） 利用to指令，在plc由stop→run的**个扫描周期内，设定ch1~c4输入信号的取样平均次数为4次。

　　（3） 判断dvp04pt-h2是否正确，正确事时导通，从cr#6 ~ cr#9中读取ch1 ~ ch4测量摄氏温度（°c）信号平均值共4 笔放在d100 ~ d103中。从cr#18 ~ cr#21中读取ch1 ~ch4测量摄氏温度（°c）信号现在值共4笔放在d110~ d113中。

　　3.3 温度数据显示、记录组态程序的编制

　　组态监控软件采用北京亚控公司的组态王6.53版本，由于本项目是试验性的采集、记录数据，故采用64点演示版，开发与运行，间断地运行两个小时足以。

　　（1）组态王与台达plc通讯的建立：台达的dvp系列plc和上位机的组态王通讯采用串行通讯，使用组态王本身驱动，支持rs232和rs485两种通讯方式。本例采用rs485通讯，硬件配置设置值如下：计算机通过rs232串口接转换模块，变成rs485信号后，接到plc的485口：波特率9600；数据位7位；停止位1位；校验位偶校验。

　　切记：将plc中决定通讯格式的特殊数据寄存器d1120设置为：08e

　　（2）组态数据显示画面、温度记录曲线：用组态王软件可以实现**、细腻的互动显示操作，大量的图库精灵，多种通讯驱动程序，强大的在线、离线模拟功能，支持配方功能和多种控件，能完成各种物理量如温度、压力等的实时曲线、历史曲线的数据存储，具有打印功能，可满足各种工艺要求。温度显示画面