摘 要：本文介紹了一種記錄發(fā)電機故障數(shù)據(jù)并用波形顯示出來的方法。它利用了PLC及其配套的模擬量擴展模塊進行數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換，將故障前后的數(shù)據(jù)保存在PLC中。在VB環(huán)境下實現(xiàn)計算機與PLC的串行通訊，讀取PLC中保存的故障數(shù)據(jù)并用圖形顯示出來。實踐證明，該系統(tǒng)圖形界面友好，可靠性高，操作方便，應用效果好。 關(guān)鍵詞：故障錄波;可編程控制器;串行通訊 Abstract: This paper introduces a kind of method by which we can record fault data of generator and display in figure. It makes use of PLC and its analogue expansion module to collect and convert the fault data and store them in a PLC. Through the serial communication with PLC in VB, the computer read the fault data stored in the PLC and display in figure. It proved that the system has characteristics such as friendly interface, high reliability, easy operation and good application effect etc. Keywords: Fault record ; PLC ; Serial communication 1. 引言 　　發(fā)電機是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它的可靠運行對于保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要意義。發(fā)電機故障錄波裝置所記錄的數(shù)據(jù)為工作人員正確分析發(fā)電機故障原因，研究事故對策，及時處理事故提供了可靠的依據(jù)，同時，根據(jù)故障錄波數(shù)據(jù)還可以分析系統(tǒng)的故障參數(shù)、各電氣量的變化規(guī)律，進行故障定位等，這些對于保證電力系統(tǒng)的安全可靠運行起著十分重要的作用?？删幊炭刂破鳎≒rogrammable Logic Controller，簡稱PLC）作為工業(yè)控制專用的計算機，由于其結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)良，抗干擾性能好，可靠性高，在機械、化工、橡膠、電力等行業(yè)工業(yè)控制現(xiàn)場已日趨廣泛地得到應用，成為工控現(xiàn)場進行實時控制的最主要的控制裝置。本文介紹一種利用可編程控制器和擴展模擬量模塊實現(xiàn)發(fā)電機故障錄波的方法。 2. 系統(tǒng)的組成和工作原理 　　系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示,由上位計算機和1套PLC測控系統(tǒng)組成。PLC通過外部變送器、互感器與發(fā)電機組相連，發(fā)電機機端電壓U、定子電流I為三相交流電，分別經(jīng)電壓互感器（PT）和電流互感器（CT）轉(zhuǎn)換成三相100V、5A的二次信號，發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁電流經(jīng)過分流器RS轉(zhuǎn)換成75mV信號，再經(jīng)過三相功率（含有功、無功）變送器、三相電壓變送器、直流電流變送器轉(zhuǎn)換成與其成比例的0～10V電壓信號后輸入到PLC的模擬量模塊。模擬量經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，然后根據(jù)互感器、變送器的變換比例計算出機端電壓U、轉(zhuǎn)子電流If、有功功率P和無功功率Q的等機組運行量。PLC每隔20毫秒采樣一次，每40毫秒將采樣的數(shù)據(jù)保存到故障數(shù)據(jù)區(qū)中。當發(fā)生故障后，PLC記錄下故障發(fā)生以后的13秒數(shù)據(jù)，故障數(shù)據(jù)記錄過程結(jié)束。當PLC接收到上位機發(fā)送來的傳送命令時，PLC將記錄的故障數(shù)據(jù)通過串口通訊傳送給上位機。上位機將數(shù)據(jù)完整的接收下來，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理顯示出機組運行量U、If、P、Q、Ug（電壓給定）在故障前7秒、后13秒的波形曲線，這樣就可以對發(fā)電機故障進行分析了。在本系統(tǒng)中，PLC選用SIMATIC S7-226;模擬量模塊選用與S7-226配套的產(chǎn)品EM235;PLC與計算機之間通過PC/PPI電纜連接以串行方式進行通訊。 [align=center] 圖1 發(fā)電機故障錄波系統(tǒng)框圖[/align] 3. 下位機程序設計 　　PLC屬于下位機，其程序共分為3個模塊，它們是初始化子程序、錄波子程序和通信子程序。以下將分別說明各模塊的設計思想。 　　3.1 初始化子程序 　　初始化子程序包括初始化自由口通信參數(shù)，設置接收命令RCV啟動和結(jié)束條件，數(shù)據(jù)指針賦初值，連接20ms采樣、接收和發(fā)送中斷。 　　3.2 錄波子程序 　　錄波子程序在20ms采樣中斷中調(diào)用，負責記錄機組運行量U、If、P、Q、Ug在故障前7秒、后13秒的數(shù)據(jù)。 　　在PLC中定義一個連續(xù)的數(shù)據(jù)區(qū)VW4000～VW8998，用來保存故障數(shù)據(jù)。每個運行量的數(shù)據(jù)占用1000字節(jié)的數(shù)據(jù)塊，地址分配如下，U：VW4000～VW4998 If：VW5000～VW5998 P：VW6000～VW6998 Q：VW7000～VW7998 Ug：VW8000～VW8998。 　　錄波子程序每隔40毫秒將采樣的數(shù)據(jù)送到各自的數(shù)據(jù)塊中。為每個數(shù)據(jù)塊定義一個數(shù)據(jù)指針，其初始值分別指向各數(shù)據(jù)塊的首地址。每傳送一次數(shù)據(jù)，各指針向下移動2字節(jié)。故障前7秒數(shù)據(jù)（350字節(jié)）是循環(huán)記錄的，即如果在故障到來之前數(shù)據(jù)已存滿，各數(shù)據(jù)指針將重新指向數(shù)據(jù)塊的首地址。定義指針index用來記錄20秒故障數(shù)據(jù)開始的位置。當故障到來時，數(shù)據(jù)指針指向故障后13秒數(shù)據(jù)（后650字節(jié)），此時指針index將前7秒數(shù)據(jù)分為前后兩部分，正確的順序是將前后兩部分交換過來。當后13秒數(shù)據(jù)記錄完后，錄波子程序結(jié)束。程序流程圖如圖2所示。 　　3.3 通信子程序 　　通信子程序負責與上位機通信，將存儲在數(shù)據(jù)區(qū)的故障數(shù)據(jù)通過串口分批傳送給上位機。上位機每發(fā)送一次傳送命令（用整數(shù)255表示），PLC在接收中斷程序中判斷收到的字符是否為傳送命令，如果是則將傳送命令標志M6.0置位并且在主程序中調(diào)用通信子程序。 　　定義指針tran_pointer用來指向待傳送數(shù)據(jù)的首地址，其初值為&VW4000，即指向數(shù)據(jù)區(qū)首地址。定義變量count用來記錄傳送的次數(shù)。在通信子程序中，首先停止自由口的接收，然后將以指針tran_pointer為首地址，大小200字節(jié)的數(shù)據(jù)傳送到發(fā)送緩沖區(qū)中，接著用發(fā)送命令通過串口發(fā)送出去。每發(fā)送一次數(shù)據(jù)，將指針tran_pointer向下移動200字節(jié)，變量count值加1， M6.0復位。當上位機發(fā)送完第26次傳送命令時，PLC中數(shù)據(jù)區(qū)VW4000～VW8998的5000個字節(jié)已發(fā)送完畢，再將額定電壓、額定電流、額定有功功率、額定無功功率和指針index發(fā)送出去， count值清零，指針tran_pointer重新初始化，M6.0復位。至此，一次完整的故障數(shù)據(jù)傳送過程結(jié)束。 [align=center] 圖2. 錄波子程序流程圖[/align] 4. 上位機程序設計 　　上位機程序設計是以Visual Basic 6.0 為平臺，利用MS Comm控件，以事件驅(qū)動方式實現(xiàn)計算機與PLC之間串行通訊，完成數(shù)據(jù)間的交換。上位機程序包括用戶界面設計、通訊和數(shù)據(jù)處理程序、顯示程序等。 　　4.1 用戶界面設計 　　本系統(tǒng)中，設計了兩個窗體（Form1和Form2）。其中Form1為主界面，F(xiàn)orm2為波形顯示界面。在Form1中設計了一個MSComm控件、一個定時器控件（Timer1）和兩個按鈕控件（Command1和Command2）。其中Command1是開始按鈕，即按下時開始和PLC通訊，讀取其中的數(shù)據(jù)。Command2是顯示按鈕，即按下時調(diào)用窗體Form2，顯示每個運行量的波形曲線。在Form2中設計了一個圖片框控件（Picture1），用來顯示圖形。 　　4.2 通訊和數(shù)據(jù)處理程序設計 　　設置Timer1 的Interval屬性等于500，MSComm的InputMode屬性為二進制方式，RThreshold屬性等于5010。定時器每隔500毫秒發(fā)送一次傳送命令，當發(fā)送到第26次時，關(guān)閉定時器，這時接收緩沖區(qū)將收到5010個字節(jié)的數(shù)據(jù)并觸發(fā)MSComm的OnComm事件。在OnComm事件子程序中，將接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)依次分配到全局數(shù)組U_data、If_data、P_data、Q_data和Ug_data中，再根據(jù)各運行量的額定值計算出百分比值。各個數(shù)組的前350字節(jié)需要根據(jù)指針I(yè)ndex進行調(diào)整，具體方法是將數(shù)組下標范圍Index～349的數(shù)據(jù)移到前面，下標范圍1～Index-1的數(shù)據(jù)移到后面。 　　4.3 顯示程序設計 　　在窗體Form2的裝載事件Form_Load中編寫圖形顯示程序。首先在圖片框控件Picture1中設置自定義坐標系。設置ScaleMode屬性值等于3，即以象素為度量單位。然后在該坐標系下畫出坐標軸。X軸以秒為單位，曲線上兩點間的時間間隔是40毫秒，換算成象素等于1.47。Y軸以百分比為單位，每個單位刻度換算成象素等于2.1。最后根據(jù)數(shù)組U_data、If_data、P_data、Q_data和Ug_data分別畫出相應運行量的波形圖。以機端電壓波形為例，給出編寫的程序如下： 　　Picture1.DrawWidth = 1 ‘線寬為1 　　Picture1.CurrentX = 0 ‘指定當前坐標的位置 　　Picture1.CurrentY = U_data（0） ＊ 2.1 　　For i= 1 To 499 ‘畫出曲線 　　Picture1.Line -（1.47 ＊ i, U_data（i） ＊ 2.1）, vbBlue 　　Next i 5. 系統(tǒng)的運行與實驗結(jié)果 　　在系統(tǒng)運行前，要對PLC的通訊參數(shù)進行設置，包括波特率、校驗方式、數(shù)據(jù)位位數(shù)和停止位位數(shù)等，此設置要和上位機一致。在S7-226中使用自由口模式和上位機進行串口通信時，可以通過特殊寄存器SMB30（端口0）或SMB130（端口1）來設定。下面以發(fā)電機空載停機實驗為例說明系統(tǒng)的運行過程。 　　當發(fā)電機在正?？蛰d下停機時，PLC檢測到停機信號，將故障標志置位，然后記錄下停機后13秒的數(shù)據(jù)。運行上位機程序，在主界面上按下“傳送”按鈕后，上位機開始讀取PLC中數(shù)據(jù)。等到程序提示“數(shù)據(jù)傳送完畢”后，按下“顯示”按鈕，將彈出“波形顯示”窗口如圖3所示。從圖中可以看出，該曲線較好的反映了發(fā)電機停機前后機端電壓、勵磁電流的變化。 [align=center] 圖3 波形顯示窗口[/align] 6. 結(jié)束語 　　此系統(tǒng)已經(jīng)成功應用于中、小型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中，通過發(fā)電機的動態(tài)模擬實驗和實際中的應用來看，該系統(tǒng)性能可靠、操作方便、界面友好，能夠較好地滿足電力系統(tǒng)對于故障記錄、故障分析的需要。 　　一般情況下，采用微機控制或以微處理器為內(nèi)核的工業(yè)嵌入式發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器較容易實現(xiàn)發(fā)電機運行參量的故障錄波，采用PLC作為發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器的硬件平臺，具有應用成本低、運行可靠性高但程序設計難度大的特點，其內(nèi)部成功地嵌入發(fā)電機重要運行參量的故障錄波具有較大的實用價值，尤其適用于目前大量開發(fā)的中小型水力發(fā)電站的水輪發(fā)電機組，對于保證發(fā)電機組的安全、穩(wěn)定、可靠運行具有重要的意義。 參考文獻： 　　[1] 西門子自動化與驅(qū)動集團 《S7-200中文系統(tǒng)手冊》2002 　　[2] 西門子自動化與驅(qū)動集團 《深入淺出西門子 S7-200 PLC》北京：北京航空航天大學出版社 2003.12 　　[3] 錢雪忠主編《新編Visual 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