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TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 I\o"CurrentDocument"Abstract II\o"CurrentDocument"1緒論 11.1研究繼電保護(hù)的目的 11.2繼電保護(hù)的基本任務(wù) 1\o"CurrentDocument"1.3發(fā)展及現(xiàn)狀 2\o"CurrentDocument"1.4繼電保護(hù)的未來(lái)發(fā)展 4\o"CurrentDocument"1.5本設(shè)計(jì)中使用PLC研究的優(yōu)勢(shì) 6\o"CurrentDocument"1.6本設(shè)計(jì)的主要工作 7\o"CurrentDocument"MM440的使用及S7-200的USS通訊設(shè)置 8\o"CurrentDocument"2.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖及設(shè)計(jì)要求 8\o"CurrentDocument"2.2MM440的部分參數(shù) 9\o"CurrentDocument"2.3USS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 11\o"CurrentDocument"2.4S7-200中USS指令介紹及使用 13USS指令 13S7-200中通訊接口設(shè)置 152.4.3通訊程序 17\o"CurrentDocument"WINCCFLEXIBLE組態(tài)軟件通訊介紹及應(yīng)用 19\o"CurrentDocument"3.1人機(jī)界面（HMI）簡(jiǎn)介 19\o"CurrentDocument"3.2WINCCFLEXIBLE簡(jiǎn)介 19\o"CurrentDocument"3.2WINCCFLEXIBLE及HMI在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 21項(xiàng)目要求 21S7-200中的通訊設(shè)置 22WinCCflexible中新建項(xiàng)目 23\o"CurrentDocument"MCGS組態(tài)軟件介紹及使用 29\o"CurrentDocument"組態(tài)概念 29\o"CurrentDocument"MCGS組態(tài)基本介紹 29MCGS組態(tài)概念及特點(diǎn) 29MCGS的構(gòu)成 30MCGS組態(tài)軟件的工作方式 31\o"CurrentDocument"用MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的保護(hù)動(dòng)作組態(tài) 32設(shè)計(jì)要求 32組態(tài)及屬性設(shè)置 33\o"CurrentDocument"PROFIBUS的介紹及使用 38\o"CurrentDocument"5.1現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介 38現(xiàn)場(chǎng)總線概念 38現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn) 38現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn) 38現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 39\o"CurrentDocument"5.2PROFIBUS介紹 39簡(jiǎn)介 39組成 39功用 40性能 40\o"CurrentDocument"5.3S7-300與S7-200的PROFIBUS通信 40\o"CurrentDocument"總結(jié)和展望 42\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 43\o"CurrentDocument"致謝 44\o"CurrentDocument"附件1 45\o"CurrentDocument"網(wǎng)絡(luò)模型圖 45\o"CurrentDocument"短路電流計(jì)算 46斷路器整定值計(jì)算 52基于PLC的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)摘要繼電保護(hù)是保障電力系統(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、安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，因此本文基于西門子 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)算及整定值的確定。然后利用S7-200與變頻器MM440進(jìn)行USS通訊，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)及變速運(yùn)行。分別利用WinCCflexible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PROFIBUS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)；西門子PLC；WinCCflexible；MCGS組態(tài)；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)行要求安全可靠、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、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：故障點(diǎn)的很大的短路電流燃起的電弧，使故障設(shè)備損壞。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?？拷收宵c(diǎn)的部分地區(qū)電壓大幅度下降， 使用戶的正常工作遭到破壞或影響產(chǎn)品質(zhì)量。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)故障和危及安全運(yùn)行的異常工況，以探討其對(duì)策的反事故自動(dòng)化措施。在其發(fā)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?；救蝿?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，以減輕或避免設(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)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。 20世紀(jì)初隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，繼電器開始廣泛應(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)發(fā)展的開端。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)安全運(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)，或者直接向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令以終止這些事件發(fā)展的一種自動(dòng)化措施和設(shè)備。1.2繼電保護(hù)的基本任務(wù)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，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)安全供電的影響，并滿足電力系統(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)。反應(yīng)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。反應(yīng)不正常工作情況的繼電保護(hù)裝置允許帶一定的延時(shí)動(dòng)作。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)滿足可行性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性的要求。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)裝置的反應(yīng)能力，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)。⑵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?？焖傩詾榉乐构收蠑U(kuò)大，減輕其危害程度，加快系統(tǒng)電壓的恢復(fù)，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)盡快動(dòng)作，切除故障。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)故障部分繼續(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)故障部分仍能正常運(yùn)行⑵。1.3發(fā)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)不能防止發(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)的發(fā)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發(fā)展和完善了電力系統(tǒng)的保護(hù)，但是這些保護(hù)的基本原理并沒有變，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)安全運(yùn)行的重要設(shè)備。滿足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的要求是繼電保護(hù)發(fā)展的基本動(dòng)力。為達(dá)到快速性、靈敏性、選擇性和可靠性這四項(xiàng)基本要求，繼電保護(hù)專業(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)近百年的發(fā)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)式等不同的發(fā)展階段[3]O50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)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。自50年代末，晶體管繼電保護(hù)已在開始研究。60年代中到80年代中是晶體管繼電保護(hù)蓬勃發(fā)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)的研究開始于70年代末期，起步較晚，但發(fā)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)化率達(dá)到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 0.2~0.3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)基本國(guó)產(chǎn)化，反映了繼電保護(hù)技術(shù)在我國(guó)的長(zhǎng)足發(fā)展和國(guó)產(chǎn)繼電保護(hù)設(shè)備的明顯優(yōu)勢(shì)⑷。微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)的成熟與發(fā)展是近三十年來(lái)繼電保護(hù)領(lǐng)域最顯著的進(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)大的邏輯處理能力、數(shù)值計(jì)算能力和記憶能力，并且具備很強(qiáng)的數(shù)字通信能力，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)不斷發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。1.4繼電保護(hù)的未來(lái)發(fā)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)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。(1)計(jì)算機(jī)化隨著計(jì)算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展，微機(jī)保護(hù)硬件也在不斷發(fā)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)發(fā)展階段：從8位單CPU結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)問(wèn)世，不到5年時(shí)間就發(fā)展到多CPU結(jié)構(gòu)，后又發(fā)展到總線不出模塊的大模塊結(jié)構(gòu)，性能大大提高，得到了廣泛應(yīng)用。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)裝置都只能反應(yīng)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)主要指安全自動(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 (這是首要任務(wù))，還要保證全系統(tǒng)的安全穩(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)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動(dòng)作，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。顯然，實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)保護(hù)的基本條件是將全系統(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，貝U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)、控制、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)控制中心或任一終端。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、控制、數(shù)據(jù)通信功能，亦即實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化。目前，為了測(cè)量、保護(hù)和控制的需要，室外變電站的所有設(shè)備，如變壓器、線路等的二次電壓、電流都必須用控制電纜引到主控室。所敷設(shè)的大量控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)、控制、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，則可免除大量的控制電纜。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)備的操作控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)、控制、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）為基礎(chǔ)的一個(gè)保護(hù)、控制、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)方法則可迎刃而解。例如在輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢(shì)角度擺開情況下發(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)大量故障樣本的訓(xùn)練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發(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)題的能力。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，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⑹。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，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)的發(fā)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、控制、網(wǎng)絡(luò)通訊一體化和人機(jī)智能化的基礎(chǔ)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)差別較大；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,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，不易被廣大的電氣技術(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，具有控制、計(jì)數(shù)、定時(shí)、定位、運(yùn)算、通訊等多種功能，可以滿足電力系統(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)等措施，使PLC具有的抗干擾能力；所以，將PLC應(yīng)用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)之中，會(huì)大大提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性 ⑹。PLC可采用S7系列產(chǎn)品，其特點(diǎn)是體積小、抗干擾能力強(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?？删幊炭刂破鳎≒LC）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)于控制要求的編程語(yǔ)言。在由繼電器組成的控制系統(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]。1.6本設(shè)計(jì)的主要工作本設(shè)計(jì)中，主要使用西門子設(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，而且安全有效，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S7-200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，初始化并激活所要控制的MM440,對(duì)它的所要控制的變量在MM440中的參數(shù)經(jīng)行讀取或參數(shù)改寫，來(lái)控制變頻器動(dòng)作，如啟動(dòng)、停止、變速等。利用MCGS組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)項(xiàng)目，進(jìn)行變量連接，運(yùn)行策略組態(tài)，將所建項(xiàng)目設(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)畫組態(tài)。使用WinCCflexible組態(tài)西門子人機(jī)界面（HMI），設(shè)置WinCCflexible、HMI及S7-200的通信速率。在WinCCflexible中建立項(xiàng)目，按照設(shè)計(jì)要求組態(tài)畫面，連接S7-200及HMI，將項(xiàng)目下載到HMI中，便于遠(yuǎn)程控制。在后面的相關(guān)部分，將進(jìn)行詳細(xì)介紹。同時(shí)，可以使用S7-300作為主站，S7-200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。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)要求如圖所示電力系統(tǒng)，系統(tǒng)參數(shù)如下:發(fā)電機(jī)：G1：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：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;線路：Lab=50km，Lad=60km，Lbc=40km，Lbg=70km，Lg=50km，Ldc=50km，Lf=40km,Le=40km線路正序阻抗=0.4Q/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)程詳見計(jì)算書 （附錄1）。本設(shè)計(jì)中用變頻器控制電機(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］。MM440的部分參數(shù)下面，僅根據(jù)本設(shè)計(jì)中將要使用的部分參數(shù)經(jīng)行簡(jiǎn)單介紹及設(shè)定。在驅(qū)動(dòng)連至S7-200之前，我們必須確保驅(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)確保以下參數(shù)的設(shè)置：USSPZD長(zhǎng)度：P2012(Index0)=2USSPKW長(zhǎng)度：P2013(Index0)=127⑵使能對(duì)所有參數(shù)的讀/寫訪問(wèn)(專家模式)：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/min,額定電機(jī)速度，這些設(shè)置因使用的電機(jī)而不同［11］。⑷設(shè)置本地/遠(yuǎn)程控制模式：P0700(Index0)=5,在COM鏈接中設(shè)置到USS的頻率設(shè)定值：P1000(Index0)=5(對(duì)應(yīng)9.6kbps),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。斜坡下降時(shí)間(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

設(shè)置串行鏈接參考頻率：P2000=50(1至650Hz),設(shè)置USS標(biāo)準(zhǔn)化：P2009(Index0)=0,設(shè)置RS-485串口波特率：P2010(Index0)=6(9600波特)，輸入從站地址：P2011(Index0)=1(0至31),每個(gè)驅(qū)動(dòng)(最多31)都可通過(guò)總線操作。設(shè)置串行鏈接超時(shí)：P2014(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F0070。該值設(shè)為零則關(guān)斷該控制。從RAM向EEPROM傳送數(shù)據(jù)：P0971=1(啟動(dòng)傳送)將參數(shù)設(shè)置的改變存入EEPROM。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)按照串行總線的主-從通訊原理來(lái)確定訪問(wèn)的方法?？偩€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：BCCBCCSTX:STX區(qū)是一個(gè)字節(jié)的ASCIISTX字符(02hex)，表示一條信息的開始。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。按照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）?？偩€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)，因?yàn)樽止?jié)STX和LGE沒有計(jì)算在LGE以內(nèi)。MICR0MASTER4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)P2012和P2013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。見圖2-3：76543 21X*--kk kk.H4-'從站結(jié)點(diǎn)地址"■>ll0-31*-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是廣播位。如果這一位設(shè)置為1,該信息就是廣播信息，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)議規(guī)范要求在PKW區(qū)進(jìn)行一些設(shè)置。位6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0。BCC：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［12］。如果根據(jù)校驗(yàn)和的運(yùn)算結(jié)果，表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)PKEINDPWE1PWE2PZD1PZD2圖2-4有效數(shù)據(jù)字⑴PKW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 （例如控制裝置與變頻器）的傳輸方式，例如參數(shù)數(shù)值的讀和寫。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MICR0MASTER4的參數(shù)號(hào)相對(duì)應(yīng)，例如，1082=P1082=Fmax3當(dāng)P2013=3（固定長(zhǎng)度為3個(gè)字），P2013=4（固定長(zhǎng)度為4個(gè)字），當(dāng)P2013=127長(zhǎng)度可變）。如果P2013選擇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（否則，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MICROMASTER4采用固定長(zhǎng)度，則應(yīng)是4個(gè)字，因?yàn)?個(gè)字不足以支持很多參數(shù)（也就是雙字長(zhǎng)的參數(shù)）。對(duì)于可變長(zhǎng)度的PKW（127），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)。（2） PZD區(qū)域（過(guò)程數(shù)據(jù)區(qū)）通訊報(bào)文的PZD區(qū)是為控制和監(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)P2012（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，MICR0MASTER4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)字是變頻器的控制字（STW）。PZD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。⑶MICR0MASTER4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。P2010=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）。P201仁USS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。主站可以對(duì)變頻器的參數(shù) （PKW區(qū)）進(jìn)行讀和寫，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)）。S7-200中USS指令介紹及使用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，便于編程控制。西門子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，可以控制這個(gè)物理驅(qū)動(dòng)，并讀/寫驅(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門為通過(guò) USS協(xié)議與驅(qū)動(dòng)通訊而設(shè)計(jì)的。可以在STEP7--Micro/WIN指令樹的庫(kù)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）。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調(diào)用子程序圖2-5指令樹中USS指令USSINIT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指令。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。當(dāng)EN輸入接通時(shí)，每一循環(huán)都執(zhí)行該指令。在每一次通訊狀態(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。USS_CRTL指令USS_CRTL指令(圖2-7)用于控制激活的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)，則此命令將被發(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。該指令要始終保持使能。RUN(RUN/STOP)指示驅(qū)動(dòng)是否接通⑴或斷開(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，必須滿足以下條件：該驅(qū)動(dòng)必須在USS」NIT中激活。OFF2和OFF3必須設(shè)為0。Fault和Inhibit位必須為0。USS_RPM_x指令(圖2-8)USS_RPM_W指令讀取一個(gè)無(wú)符號(hào)字類型的參數(shù)。USS_RPM_D指令讀取一個(gè)無(wú)符號(hào)雙字類型的參數(shù)。USS_RPM_R指令讀取一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)類型的參數(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_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。USS_WPM_x指令(圖2-9)USS_WPM_W指令寫一個(gè)無(wú)符號(hào)字類型的參數(shù)。USS_WPM_D指令寫一個(gè)無(wú)符號(hào)雙字類型的參數(shù)。USS_WPM_R指令寫一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)類型的參數(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[13]oUSS_EN—匸TRLHUMUSS_EN—匸TRLHUMnrrsOFF5l_ALKDIRUpivsI1C3P_FiTfdciErrornui-LCND.DirinhibitF列Jll圖2-7USS_CTRL指令-EN■XMT「■DriycDorie■P師mEiroi■IndexValue-DBPtrUSSRPMW圖2-8USSRPMW指令□SS_V/PM_W-EM-XMI-EEPR*-Drive DoriF^-ParamErrcr-index-Value- 圖2-9USS_WPM_W指令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PG/PC接口”項(xiàng)，選擇PC/PPIcable（PPI后，點(diǎn)擊屬性設(shè)置，在PPI設(shè)置中傳輸率設(shè)定為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設(shè)置中傳輸率設(shè)定為方式，本設(shè)計(jì)中使用COM1243通訊程序以控制一個(gè)變頻器為例，檢測(cè)控制1號(hào)變頻器。程序如圖2-13至圖2-16:10.010.110.210.310.4發(fā)送驅(qū)動(dòng)地址速度設(shè)定（%）USS_CTRL_P1EMRUNOFF2FACkDIRDriveType10.010.110.210.310.4發(fā)送驅(qū)動(dòng)地址速度設(shè)定（%）USS_CTRL_P1EMRUNOFF2FACkDIRDriveTypeSpeed*"Resp_RErrorStatusSpeedRuri_END_DilInhibitf*口皿-MO.-VB2-W/4--VD&-Q0.1-QCJ.2-Q0.3-Q0.4錯(cuò)誤狀態(tài)字驅(qū)動(dòng)返回狀態(tài)字驅(qū)動(dòng)速度圖2-14USS通訊程序2對(duì)于4系列的MicroMaster驅(qū)動(dòng)器類型，類型為1。驅(qū)動(dòng)速度是滿速的百分比WinCCflexible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)象要求控制系統(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)控制系統(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（HumanMachineInterface）又稱人機(jī)接口，簡(jiǎn)稱HMI。從廣義上說(shuō)，HMI泛指計(jì)算機(jī)與操作人員交換信息的設(shè)備，在控制領(lǐng)域， HMI—般特指用于操作人員與控制系統(tǒng)之間進(jìn)行對(duì)話和相互作用的專用設(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，將操作人員的開關(guān)量命令和數(shù)字量設(shè)定值傳送到 PLCo人機(jī)界面最基本的功能是顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（通常是PLC）中開關(guān)量的狀態(tài)和寄存器中數(shù)字變量的值，用監(jiān)控畫面向PLC發(fā)出開關(guān)量命令，并修改PLC寄存器中的參數(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)生成滿足用戶要求的監(jiān)控畫面，用畫面中的圖形對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，用項(xiàng)目來(lái)管理這些畫面。在畫面中生成圖形對(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)控制系統(tǒng)運(yùn)行是 PLC與人機(jī)界面之間的自動(dòng)數(shù)據(jù)交換［14］。HMI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。WinCCflexible簡(jiǎn)介WinCCflexible幾乎可以為西門子的所有HMI設(shè)備進(jìn)行組態(tài)，WinCCflexible具有開放簡(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)。

菜單和工具欄是大部分軟件應(yīng)用的基礎(chǔ)，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。項(xiàng)目視圖在左上角，包含了可以組態(tài)的所有元件，生成項(xiàng)目時(shí)自動(dòng)創(chuàng)建了一些元件。項(xiàng)目中的各組成部分在項(xiàng)目視圖中以樹的形態(tài)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)， 分為四個(gè)層次，項(xiàng)目、HMI設(shè)備、文件夾和對(duì)角。工作區(qū)為圖示中間部分，用戶在工作區(qū)內(nèi)編輯項(xiàng)目對(duì)象。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)后按回車鍵生效。屬性窗口一般在工作區(qū)下面，在編輯畫面時(shí)，如果未激活畫面中的對(duì)象，在屬性對(duì)話框中將顯示該畫面的屬性，可以對(duì)畫面的屬性進(jìn)行編輯。工具箱中的對(duì)象與HMI型號(hào)有關(guān)，工具箱中包含過(guò)程畫面中需要經(jīng)常使用的各種類型的對(duì)象，另外還提供許多庫(kù)，這些庫(kù)包含許多對(duì)象模板和各種不同的面板。輸出視圖用來(lái)顯示在項(xiàng)目投入運(yùn)行之前自動(dòng)生成的系統(tǒng)報(bào)警信息， 如組態(tài)中存在的錯(cuò)誤等，會(huì)在輸出視圖中顯示。對(duì)象視圖的對(duì)象窗口用來(lái)顯示在項(xiàng)目視圖中指定的某些文件夾或編輯器中的內(nèi)容[15]WinCCflexible及HMI在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用3.2.1項(xiàng)目要求在本設(shè)計(jì)中，利用組態(tài)。項(xiàng)目達(dá)到的要求是：(1)編寫控制電機(jī)和斷路器運(yùn)行的PLC程序。測(cè)量電流大于或等于設(shè)定值后，斷路器動(dòng)作，檢測(cè)電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并進(jìn)行參數(shù)改寫，如停運(yùn)、變速等。⑵運(yùn)行WinCCflexible創(chuàng)建新項(xiàng)目，與S7-200的PLC進(jìn)行連接，建立相應(yīng)變量。在項(xiàng)目中生成新畫面，組態(tài)按鈕、指示燈等。要求顯示電流值，達(dá)到短路電流時(shí)指示燈閃爍，對(duì)應(yīng)斷路器動(dòng)作，電機(jī)動(dòng)作情況由 PLC控制。按下急停按鈕，指示燈閃爍。把WinCCflexible項(xiàng)目下載到觸摸屏中，并實(shí)現(xiàn)與PLC的在線運(yùn)行。項(xiàng)目參考畫面如圖3-2所示：

用PLC編寫主程序（圖3-3），子程序如上述S7-200與MM440通訊程序:I程序注桂冋躍1品標(biāo)題11.0 VD2 M2.0H/I— 1I (5.G02E：0CG2MZO QZOI C)GE(n_0匚N圖3-3部分程序S7-200中的通訊設(shè)置在S7-200中，對(duì)系統(tǒng)塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如圖 3-4,關(guān)鍵是要與WinCCflexible的通訊設(shè)置相一致，便于通訊。在通信畫面中，雙擊“雙擊刷新”，自動(dòng)刷新后的狀態(tài)如圖3-5,

這樣程序可以正常編譯、下載、運(yùn)行。WinCCflexible中新建項(xiàng)目1?連接設(shè)置PLC的程序及通訊參數(shù)設(shè)置完成，下面進(jìn)行WinCCflexible的項(xiàng)目建立及通訊連接在WinCCflexible項(xiàng)目視圖中，雙擊“項(xiàng)目一設(shè)備_1一連接”，出現(xiàn)連接畫面，雙擊“名稱”改名為“PLC”，“通訊驅(qū)動(dòng)程序”下拉框中選擇S7-200的通訊，見圖3-6口口示例上丈本劌表1對(duì)相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置如圖3-7:1P1制時(shí)瞅 血n囂 ■1—11 旳 61 .TTVt￡*ta（fft）-馳:詼鏘 r0那圖3-7WinCCflexible中通訊參數(shù)設(shè)置2.變量設(shè)置在“通訊一變量”中，增添畫面中相應(yīng)變量，并進(jìn)行連接等設(shè)置。以“電流”為例 （圖3-8）,“連接”選擇“連接_1”，“數(shù)據(jù)類型”為Real，“地址”項(xiàng)應(yīng)該與編寫的PLC程序中對(duì)應(yīng)為“VDO”。其他變量同理。1JU*11JU*1[U播J ▼^p4wIitST押Jrw13,D1M-內(nèi)BP??號(hào)aL1f（內(nèi)瑯I(yè)f*-￡^4i離垛W呻址>L]lf嗎內(nèi)5TK?扌IIf彳內(nèi)珂石fl!■鼻低clA^bCUt>1.cABE^Efiarrtc迢百1：■?址n1rtjspsa>Ft'iL'a弍迪頁(yè)締址》IcKlSSB>站Ca<i?百墻址eI<內(nèi) >SadV耀肖峙址■-ItU-4畫面組態(tài)中用到符號(hào)I0域，例如顯示動(dòng)作斷路器，所以，要進(jìn)行文本列表設(shè)置，設(shè)置如圖3-9:在畫面中，用文本域增加“電流值”、“動(dòng)作斷路器”、“動(dòng)作電機(jī)”；電流值的數(shù)值顯示使用“10域”，設(shè)置類型、格式等內(nèi)容，不再贅述。4.畫面組態(tài)對(duì)于電流值旁邊報(bào)警顯示的指示燈，用“圖形視圖”添加合適圖形后，對(duì)“屬性”中的參數(shù)簡(jiǎn)單設(shè)置，設(shè)計(jì)要求中，希望電流值大于設(shè)定值時(shí) （如500）,指示燈閃爍，所以設(shè)置如圖3-10。顯示動(dòng)作斷路器和動(dòng)作電機(jī)，以斷路器組的設(shè)置為例，電機(jī)組同理如圖 3-11?！凹蓖！卑粹o的設(shè)置，除基本的常規(guī)、屬性中的文本設(shè)置等參數(shù)設(shè)置，要進(jìn)行事件設(shè)

置（圖3-12）?！笆录敝羞x擇“按下”，調(diào)用“編輯位”下的 Setbit函數(shù)，在橘紅色區(qū)域設(shè)置變量為“啟動(dòng)”。同理，“事件一釋放”中調(diào)用 Resetbi函數(shù)，在橘紅色區(qū)域設(shè)置變量為“停止”，完成對(duì)按鈕“急?！钡膭?dòng)作設(shè)置耿性_田卻■M耿性_田卻■M平阿■華肛紀(jì)0■直側(cè)俺?1.見?生?■庵更*rtF：l圖3-10指示燈參數(shù)設(shè)置襄式制心h田 -31S■位號(hào)O蘭|^0-311

STST項(xiàng)目文件的在線下載與在線運(yùn)行將WinCCflexible組態(tài)的項(xiàng)目下載到HMI設(shè)備中，以及實(shí)現(xiàn)HMI與PLC的通訊和聯(lián)機(jī)運(yùn)行。用標(biāo)準(zhǔn)的交叉網(wǎng)絡(luò)線把電腦PC與觸摸屏相連，把電腦PC中的組態(tài)項(xiàng)目下載到觸摸屏。用標(biāo)準(zhǔn)的SimaticMPI通訊線把HMI與PLC連接起來(lái)，便與觸摸屏與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在HMI設(shè)備畫面中，點(diǎn)擊“Transfer”(傳送)，將HMI設(shè)備切換到傳送模式。點(diǎn)擊“Start”(開始)，啟動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)打開HMI設(shè)備。⑶點(diǎn)擊“ContolPane”(控制面板)，進(jìn)行各種設(shè)置。(4)點(diǎn)擊“Taskbar”(任務(wù)欄)，經(jīng)行通道設(shè)置。在操作面板中，“Network”中設(shè)置IP地址(如192.168.0.2),等待PC下載。在電腦中，“網(wǎng)上鄰居”選擇“屬性”，“本地連接一屬性”，選擇“Internet協(xié)議(TCP/PC)

—屬性”，設(shè)置IP地址(如192.168.0.1)WinCCflexible視圖中，單擊工具欄中傳輸設(shè)置三-,模式中選擇以太網(wǎng)(圖3-13),在“計(jì)算機(jī)名或IP地址”中填入觸摸屏地址(如192.168.0.2),設(shè)置完后單擊“傳送”按鈕，把本項(xiàng)目傳送到HMI中即可運(yùn)行。MCGS組態(tài)軟件介紹及使用4.1組態(tài)概念組態(tài)(Configuration)是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一項(xiàng)具體任務(wù)的過(guò)程。簡(jiǎn)單地說(shuō)，與硬件生產(chǎn)相對(duì)照，組態(tài)與組裝類似。比如組裝一臺(tái)電腦，要事先提供了各種型號(hào)的主板、機(jī)箱、電源、CPU、顯示器、硬盤、光驅(qū)等，我們的工作就是用這些部件拼湊成自己需要的電腦。當(dāng)然軟件中的組態(tài)要比硬件中的“部件”更多更靈活，因?yàn)檐洸考加袃?nèi)部屬性，通過(guò)改變屬性可以改變其規(guī)格，如大小、性狀、顏色等。在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實(shí)現(xiàn)某一任務(wù)，都是通過(guò)編寫程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。編寫程序不但工作量大、周期長(zhǎng)，而且容易犯錯(cuò)誤。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，解決了這個(gè)問(wèn)題。對(duì)于過(guò)去需要幾個(gè)月的工作，通過(guò)組態(tài)幾天就可以完成。組態(tài)軟件是有專業(yè)性的，一種組態(tài)軟件只能適合某種領(lǐng)域的應(yīng)用。組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計(jì)算機(jī)控制中，如PLC梯形圖組態(tài)，人機(jī)界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。組態(tài)形成的數(shù)據(jù)只有其制造工具或其他專用工具才能識(shí)別。但是不同之處在于，工業(yè)控制中形成的組態(tài)結(jié)果是用在實(shí)時(shí)監(jiān)控的，從表面上看，組態(tài)工具的運(yùn)行程序就是執(zhí)行自己特定的任務(wù)。雖然說(shuō)組態(tài)就是不需要編寫程序就能完成特定的應(yīng)用，但是為了提供一些靈活性，組態(tài)軟件也提供了編程手段，一般都是內(nèi)置編譯系統(tǒng)，提供類似組態(tài)軟件 VB的語(yǔ)言。MCGS組態(tài)基本介紹4.2.1MCGS組態(tài)概念及特點(diǎn)MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem)是一套基于Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。MCGS為用戶提供了解決實(shí)際工程問(wèn)題的完整方案和開發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出

以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。MCGS具有操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，通過(guò)與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便的開發(fā)各種用于現(xiàn)場(chǎng)采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。用戶只需要通過(guò)簡(jiǎn)單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)，如可以靈活組態(tài)各種智能儀表、數(shù)據(jù)采集模塊，無(wú)紙記錄儀、無(wú)人值守的現(xiàn)場(chǎng)采集站、人機(jī)界面等專用設(shè)備。MCGS已成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)各種現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。422MCGS的構(gòu)成MCGS系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分（圖4-1）。用戶的所有組態(tài)配置過(guò)程都在組態(tài)環(huán)境中進(jìn)行，組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，它幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。用戶組態(tài)生成的結(jié)果是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件，稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)。運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)中用戶指定的方式進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。運(yùn)行環(huán)境本身沒有任何意義，必須與組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)一起作為一個(gè)整體，才能構(gòu)成用戶應(yīng)用系統(tǒng)。一旦組態(tài)工作完成，運(yùn)行環(huán)境和組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)就可以離開組態(tài)環(huán)境而獨(dú)立運(yùn)行在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上。MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，由可執(zhí)行程序 McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。用戶在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成動(dòng)畫設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報(bào)表等全部組態(tài)工作后，生成擴(kuò)展名為 .mcg的工程文件，又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)，其與MCGS運(yùn)行環(huán)境一起，構(gòu)成了用戶應(yīng)用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“工程”。MCGS組態(tài)軟件五大組成部分MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)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個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱,編制工程菜單，設(shè)計(jì)封面圖形，確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫(kù)存盤文件名稱及存盤時(shí)間等。設(shè)備窗口：是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。用戶窗口：本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，諸如：生成各種動(dòng)畫顯示畫面、報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將 MCGS工程的各個(gè)部分連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。運(yùn)行策略：本窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制。包括編寫控制程序 （if…the腳本程序），選用各種功能構(gòu)件，如：數(shù)據(jù)提取、定時(shí)器、配方操作、多媒體輸出等。詳見圖 4-2。MCGS組態(tài)軟件的工作方式MCGS如何與設(shè)備進(jìn)行通訊：MCGS通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,包括數(shù)據(jù)采集和發(fā)送設(shè)備指令。MCGS負(fù)責(zé)在運(yùn)行環(huán)境中調(diào)用相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，將數(shù)據(jù)傳送到工程中的各個(gè)部分，完成整個(gè)系統(tǒng)的通訊過(guò)程。MCGS如何產(chǎn)生動(dòng)畫效果：MCGS為每一種基本圖形元素定義了不同的動(dòng)畫屬性，女如:一個(gè)長(zhǎng)方形的動(dòng)畫屬性有可見度、大小變化、水平移動(dòng)等，每一種動(dòng)畫屬性都會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)畫效果。動(dòng)畫屬性是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數(shù)。在組態(tài)環(huán)境中生成的畫面都是靜止的，在工程運(yùn)行中產(chǎn)生動(dòng)畫效果的方法是：圖形動(dòng)畫屬性中都有一個(gè)“表達(dá)式”設(shè)定欄，在該欄中設(shè)定一個(gè)與圖形狀態(tài)相聯(lián)系的數(shù)據(jù)變量，連接到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，以此建立相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即為動(dòng)畫連接。MCGS如何實(shí)施遠(yuǎn)程多機(jī)監(jiān)控：MCGS提供了一套完善的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，可通過(guò)TCP/IP網(wǎng)、Modem網(wǎng)和串口網(wǎng)將多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接在一起，構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步、歷史數(shù)據(jù)同步和網(wǎng)絡(luò)事件的快速傳遞。分布式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都要安裝一套MCGS工控組態(tài)軟件。MCGS把各種網(wǎng)絡(luò)形式，以父設(shè)備構(gòu)件和子設(shè)備構(gòu)件的形式，供用戶調(diào)用，并進(jìn)行工作狀態(tài)、端口號(hào)、工作站地址等屬性參數(shù)的設(shè)置。如何對(duì)工程運(yùn)行流程實(shí)施有效控制： MCGS開辟了專用的“運(yùn)行策略”窗口，建立用戶運(yùn)行策略。MCGS提供了豐富的功能構(gòu)件，供用戶選用，通過(guò)構(gòu)件配置和屬性設(shè)置兩項(xiàng)組態(tài)操作，生成各種功能模塊（稱為“用戶策略”），使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件，操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)畫窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運(yùn)行流程和設(shè)備的工作狀態(tài)。所有的操作均采用面向?qū)ο蟮闹庇^方式，避免了煩瑣的編程工作。4.3用MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的保護(hù)動(dòng)作組態(tài)4.3.1設(shè)計(jì)要求三段保護(hù)簡(jiǎn)例中，短路時(shí)，斷路器1速斷動(dòng)作，短路電流較大時(shí)，斷路器2延時(shí)0.5s后動(dòng)作，短路電流過(guò)大，斷路器3延時(shí)1s后動(dòng)作，切除故障。以簡(jiǎn)單的三段保護(hù)為例，首先建立新的MCGS工程，在“用戶窗口”中新建“三段保護(hù)”窗口，并進(jìn)行屬性設(shè)置。在“三段保護(hù)”窗口中構(gòu)圖，在工具箱里選擇合適的元件進(jìn)行組態(tài)。本例中，選擇電機(jī)一臺(tái)，斷路器三臺(tái)，報(bào)警指示燈三盞對(duì)應(yīng)三臺(tái)斷路器，流動(dòng)塊為線路中電流，指示儀表一個(gè)，用于顯示電流值，報(bào)警報(bào)表一個(gè)，顯示不同電流下的報(bào)警狀態(tài)。

如圖4-3。三ww?三ww?Jflw9曼 *1.料F於二ZE1銚身世二n：_軻二SiflB 生師［蟲生詛吐業(yè)曲出蚩塾地辿Its所1*逝（飄4h?i>4二肆#rtv9901冃廠H曲帛上犧加MFKCITW二Mlmt加INIutfLtm林1飩:1口胡怕■'占幢<■*t*■H0J'■■fl<圖4-3MCGS組態(tài)的示例4.3.2組態(tài)及屬性設(shè)置在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中新增策略（圖4-4），添加電機(jī)、斷路器、短路電流等變量，并進(jìn)行變量數(shù)值屬性等設(shè)置，以電機(jī)為例，電機(jī)的基本屬性中對(duì)像名稱改為“電機(jī)”，對(duì)象類新選擇開關(guān)”在組態(tài)窗口中對(duì)各元件進(jìn)行屬性設(shè)置，以斷路器 1為例，當(dāng)短路電流流過(guò)斷路器1,并達(dá)到斷路器1的I段保護(hù)動(dòng)作值，斷路器1動(dòng)作，由正常狀態(tài)的藍(lán)色變成動(dòng)作時(shí)的紅色，設(shè)對(duì)于斷路器1后的線路流動(dòng)塊，設(shè)置為，正常狀態(tài)下，電流流動(dòng)，短路使斷路器1動(dòng)作時(shí)，無(wú)短路電流，即看不到流動(dòng)塊，設(shè)置如圖 4-6、圖4-7:報(bào)警指示燈的動(dòng)畫連接如圖4-8：報(bào)警顯示的表格，設(shè)置如圖4-9：在用戶窗口中，將“三段保護(hù)”設(shè)置為啟動(dòng)窗口，這樣在運(yùn)行組態(tài)時(shí)才能看到設(shè)置的組態(tài)運(yùn)行情況。在設(shè)備窗口中，對(duì)模擬設(shè)備進(jìn)行連接在運(yùn)行策略中，對(duì)循環(huán)策略進(jìn)行策略組態(tài)，添加腳本程序，使組態(tài)自動(dòng)運(yùn)行。如圖4-10在用戶窗口中新建窗口為“數(shù)據(jù)顯示”（圖4-11）,在數(shù)據(jù)顯示中組態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)曲線，便于對(duì)電流數(shù)據(jù)的直觀監(jiān)控。保存設(shè)置后，運(yùn)行組態(tài)，即可看到自動(dòng)動(dòng)畫組態(tài)。PROFIBUS的介紹及使用5.1現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介5.1.1現(xiàn)場(chǎng)總線概念按照IEC的解釋：現(xiàn)場(chǎng)總線是指安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。簡(jiǎn)單說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)總線就是以數(shù)字通信替代了傳統(tǒng) 4-20mA模擬信號(hào)及普通開關(guān)量信號(hào)的傳輸。是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、 控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問(wèn)題。原來(lái)這些機(jī)器間的主體配線是ON/OFF、接點(diǎn)信號(hào)和模擬信號(hào)，通過(guò)通訊的數(shù)字化，使時(shí)間分割、多重化、多點(diǎn)化成為可能，從而實(shí)現(xiàn)高性能化、高可靠化、保養(yǎng)簡(jiǎn)便化、節(jié)省配線 （配線的共享）?，F(xiàn)場(chǎng)總線主要用于制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇、電力等方面的自動(dòng)化系統(tǒng)中。5.1.2現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有通信功能，便于構(gòu)成工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)。通信標(biāo)準(zhǔn)的公開、一致，使系統(tǒng)具備開放性，設(shè)備間具有互可操作性。功能塊與結(jié)構(gòu)的規(guī)范化使相同功能的設(shè)備間具有互換性。控制功能下放到現(xiàn)場(chǎng)，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性。5.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線使自控設(shè)備與系統(tǒng)步入了信息網(wǎng)絡(luò)的行列， 為其應(yīng)用開拓了更為廣闊的領(lǐng)域；一對(duì)雙絞線上可掛接多個(gè)控制設(shè)備，便于節(jié)省安裝費(fèi)用；節(jié)省維護(hù)開銷；提高了系統(tǒng)的可靠性；為用戶提供了更為靈活的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)。5.1.4現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)從現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)本身來(lái)分析，它有兩個(gè)明顯的發(fā)展趨勢(shì)：一是尋求統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)二是IndustrialEthernet走向工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一、開放的TCP/IPEthernet是20多年來(lái)發(fā)展最成功的網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ，過(guò)去一直認(rèn)為，Ethernet是為IT領(lǐng)域應(yīng)用而開發(fā)的，它與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時(shí)性、環(huán)境適應(yīng)性、總線饋電等許多方面的要求存在差距， 在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域只能得到有限應(yīng)用。 事實(shí)上，這些問(wèn)題正在迅速得到解決，國(guó)內(nèi)對(duì) EPA技術(shù)(EthernetforProcessAutomation)也取得了很大的進(jìn)展。隨著FFHSE的成功開發(fā)以及PROFInet的推廣應(yīng)用，可以預(yù)見 Ethernet技術(shù)將會(huì)十分迅速地進(jìn)入工業(yè)控制系統(tǒng)的各級(jí)網(wǎng)絡(luò)。西門子有PROFIBUS通信協(xié)議，利用S7-300與S7-200系列通訊，可以直觀系統(tǒng)地檢測(cè)遠(yuǎn)程設(shè)備的運(yùn)行情況，并能夠在故障時(shí)及時(shí)控制動(dòng)作。PROFIBUS介紹5.2.1簡(jiǎn)介PROFIBUS是一種國(guó)際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的 現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS傳送速度可在9.6kbaud~12Mbaud范圍內(nèi)選擇且當(dāng)總線系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，所有連接到總線上的裝置應(yīng)該被設(shè)成相同的速度。 廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、 流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。 PROFIBUS是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。 可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)， 從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。5.2.2組成PROFIBUS由三個(gè)兼容部分組成，PROFIBUS-DP(DecentralizedPerphery)PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification)主要使用主-從方式，通常周期性的與傳動(dòng)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。5.2.3功用PROFIBUS-DP是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式 I/O的通信，使用PROFIBUS-DP可取代24VDC或4-20mA信號(hào)傳輸。PORFIBUS-PA專為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)在一根總線上，并有安全規(guī)范。PROFIBUS-FMS:用于車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)令牌結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò) ［16］。PROFIBUS是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。5.2.4性能與其它現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)相比， PROFIBUS的最大優(yōu)點(diǎn)在于具有穩(wěn)定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)EN50170作保證，并經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證具有普遍性。目前已應(yīng)用的領(lǐng)域包括加工制造、過(guò)程控制和自動(dòng)化等。 PROFIBUS開放性和不依賴于廠商的通信的設(shè)想，已在 10多萬(wàn)成功應(yīng)用中得以實(shí)現(xiàn)。市場(chǎng)調(diào)查確認(rèn)，在德國(guó)和歐洲市場(chǎng)中 PROFIBUS占開放性工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的市場(chǎng)超過(guò) 40%。PROFIBUS有國(guó)際著名自動(dòng)化技術(shù)裝備的生產(chǎn)廠商支持，它們都具有各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)并能提供廣泛的優(yōu)質(zhì)新產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù) ［17］。S7-300與S7-200的PROFIBUS通信CP343-1是S7-300系列的PROFIBUS通信模塊，帶有PROFIBUS接口，可以作為PROFIBUS-DP的主站也可以作為從站，但不能同時(shí)作為主站和從站，而且只能在 S7-300的中央機(jī)架上使用，不能放在分布式從站上使用［18］。PROFIBUS-DP主站帶CP343-1的S7-300的CPU315-2DP；從站是ET200M，EM277，MM440，HMI。選擇CPU315-2DP做主站，“Hardware”添加軌道，在槽中添加電源模塊。在管理器屏幕的“項(xiàng)目”對(duì)象中，插入新的組件，“InsertNewObject—PROFIBUS”，生成網(wǎng)絡(luò)對(duì)象PROFIBUS(I)，在自動(dòng)打開的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)工具中，可以對(duì)MPI和PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)組態(tài)?！癙ROFIBUS—NetworkSetting”，設(shè)置傳輸速率。在“SIMATICManager”的主屏幕中，雙擊“DP”所在的行，在打開的對(duì)話框中，選擇該站為DP主站。在“Genera”選項(xiàng)卡中的“Parameters選項(xiàng)中，設(shè)置站的地址，默認(rèn)的站地址為2,“Subnet'中“notnetworked”為不聯(lián)網(wǎng)，選擇建立好的“PROFIBUS(1)”子網(wǎng)絡(luò)才能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊。打開主屏幕，在“PROFIBUS-DP”文件夾，在“ET200B”文件夾中選擇16輸入16輸出的“ET-200B-16DI/16DO”，將它拖到PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)線上，就把該DP從站連接到DP主站上了，設(shè)置地址為4。EM277是模塊化的