PLC在电力监控分布式系统的应用

——电气工程系制作基于PLC在电力监控分布式系统的应用特变电工沈阳变压器集团有限公司是中国变压器行业历史最长、规模最大、技术实力最强的制造企业之一，公司掌握最高电压等级、特大容量交直流产品核心技术，是我国重要的变压器类产品制造、研发、出口企业。2003年底成功改制后，企业三年三大步，呈现出产值连年翻番，利润大幅增长的强劲发展势头。近年来，沈变公司自主创新生产了1000kV变压器、±800kV直流换流变压器、出口美国533MVA国产最大单相自耦变、龙滩780MVA世界最大三相组合变等一大批世界级产品，为三峡工程、西电东送等国家重点工程建设和提升中国重大装备国际竞争力做出了突出贡献，并计划于2010年成为百亿企业。特变电工特变电工世界观宣讲：“诚则立,变则通,康则荣,简则明,和则兴”油浸式电力变压器我公司自行研制开发的油浸电力变压器最高电压超过1000kV，容量超900MVA。该类产品具有低损耗、低噪声、免吊芯的突出特点，其安全性、可靠性、经济性等方面都有非凡的创新。广泛用于电厂、电站、工矿企业等领域。产品分类35kV及以下配电..66-110kV变压器..220kV变压器330kV-500kV变..750kV-1000kV变..产品分类非晶合金变压器..高燃点油变压器..牵引变压器整流变压器电炉变压器隔爆变压器矿用变压器船用变压器油田专用变压器..双电压变压器分裂变压器埋地配电变压器..接地变压器及消..干式变压器公司可生产、提供各种干式电力变压器、配电变压器、接地变压器、消弧线圈等特种干式变压器和非标准干式变压器、干式电抗器等。直流换流变压器公司生产用在长距离大容量的直流输电系统中，实现交直流转换的直流换流变压器。参数范围：损耗水平代号：10型容量：350000kVA电压等级：±220kV、±500kV、±800kV电抗器公司生产的电抗器种类有并联电抗器、限流电抗器、接地电抗器、平波电抗器等。电压等级最高达到1100kV。产品分类并联电抗器可控电抗器平波电抗器干式电抗器互感器公司生产用在电力系统中起测量和保护作用，即：将高电压变换成标准的低电压、将大电流变换成标准的小电流，作为测量仪表和继电保护装置的电源用的互感器系列产品。可生产类型包括：电流互感器、电压互感器、组合互感器组合式变电站（箱变）用途：由高压电器设备、电力变压器、低压电器设备和辅助设备组合而成的紧凑型成套配电装置。适用于额定电压35/10kV，10/0.4kV或6/0.4kV的三项交流系统中，作为接受和分配电能之用，特别适合于城市公用配电，高层建筑，住宅小区，工矿企业，港口，油田，公园，高速公路及施工工地等场所，也可以将箱式变电站装于特制的拖车底盘上成为一个移动配电车，在变压器维修或出现故障时起替代作用。特点：结构紧凑，成套性强，运行可靠，维护方便，造型美观和完善的“五防”功能等优点，占地面积小，选址灵活，移动方便，建站周期短，投资小。强大的自主创新能力和研发能力使特变电工服务国民经济主战场的能力空前提升。继去年底承接国内首台1000千伏特高压交流试验示范工程研制任务后，集团今年再次承接了国家电网公司追加的8台特高压产品研制任务。为鼓励全员科技研发，特变电工今年设立了技术创新专项资金，专门用于支持输变电产业基础应用研究、骨干技术人员培养、技术统一和成果共享等工作，对于科技重点工作和科技人员的培养也给予了单项经费补贴或奖励，这些激励机制有力地推进了技术创新。讲授内容：分布式系统是当前广泛应用的工业控制系统,以其功能分散。全数字化网络，性能可靠。设备间连接简单灵活等优点成为当前控制系统的主流。在分布式系统中,根据实际系统要求将不同公司生产的现场监控模块集成到一个系统中，选用更适合现场对象的模块进行系统的扩充，提高系统的开发性和灵活性,可以更方便地实现工厂企业的管理和控制一体化。选用PML3720电力智能监控仪表和S7-200PLC。基于PLC在电力监控分布式系统的应用一、S7-200PLC参与构成分布式系统二、S7-200PLC现场通信协议的编制三、S7-200PLC与智能仪表配合完成系统功能一、S7-200PLC参与构成分布式系统S7-200PLC的CPU模块带有多点接口，不用附加模板就能被网络化，这使它可以极其简便和经济地加入到分布式网络系统中。CPU模块的通讯口可以设定为RS232或RS485，只要给每个结点分配一个地址，结点间就可以实现相互通讯。本电力监控系统如图所示。系统由中央控制室和四个工作站组成，测量控制量近600个,其中有161个测量量和近50个控制量由S7-200PLC完成的。共采用了10个主模块和21个扩展模块来完成四个工作站的遥测、遥信、遥控和遥调任务,实现了工作站的无人植守。系统要求对高压所2段35KV进线，高低压母联，各馈线的交流电气参数,断路器状态，瓦斯故障，开关柜气压，以及整流所的电流、水温、水压、晶闸管控制角等600多个量进行监测，并实现相应的逻辑控制。根据上述要求，采用分布式网络，由电力监控智能仪表PML3720和S7-200PLC一起完成上述功能。系统为总线式全数字化开放现场通信网络，实现双向传输。S7-200PLC在系统中既是与整个网络不可分割的部分,它们必须从其他结点获得信息，以此进行运算和判断;它们也是独立的子站,相互独立的完成各自的任务.二、S7-200PLC现场通信协议的编制现场总线监控系统的优越性是建立在系统网络的通信方案上的。系统通信方案的好坏,直接影响到系统的实时性，可靠性，稳定性。系统使用的智能仪表PML3720，通信协议符合美国ISP现场总线通信协议的规定，是加拿大PML公司自行研制的PML通信协议.为实行开放式互联，与PML3720兼容,我们为S7-200PLC编写了类似的通信协议,使整个系统都符合现场总线的标准,具有良好的开放性。S7-200PLC具有两种通信方式：一种是使用点对点接口(PPI)协议，用于PLC的编程状态下；另一种协议称为自由口通信方式，程序员可以根据系统需要自行设计通信协议。在工业应用中，一般都使用自由口通信方式，本电力监控系统中的PLC便是使用这种方式的通信。本系统编写的PLC模块通信协议包括现场总线标准的物理层，数据链路层，应用层三层协议.二、S7-200PLC现场通信协议的编制1．监控系统工控网络使用的物理层协议是RS-485.网络中每个子站拥有一个独一无二模块识别号(UNITI.D),通过这识别号,计算机或PLC就能识别工控网中的任一特定的远程模块.二、S7-200PLC现场通信协议的编制2．数据链路层规约其帧格式如下：1)消息建立域：2)控制信息域：3)地址信息域:4)数据信息域:5)校验代码域:域消息建立域控制信息域地址信息域数据校验子域SyncFmtCntlLenSRCDSTDataLRC字节数111122N1二、S7-200PLC现场通信协议的编制3．S7-200PLC模块的应用层协议S7-200PLC模块应用层协议定义了S7-200PLC模块中信息的封装和解析格式.S7-200PLC模块自身对于监测量有一套排序方案，其应用层协议利用了这套排序方案，对监控对象事项了检索。例如：接如PLC模块第一个开关量输入口的监控对象，在模块内标识为I0。0，在应用层协议中被认为是模块开关量输入区的第一个对象。同样的道理，接如PLC模块第三个模拟量输入口的监控对象，被认为是模块模拟量输入区的第三个对象。根据S7-200PLC模块数据链路层协议可知，S7-200PLC模块的通信包括三个类型：全数据扫描，单点遥控。下面分别介绍这三种通信十数据封装和解析的格式。1）全数据扫描：2）单点遥控：3）单点遥调：二、S7-200PLC现场通信协议的编制三、S7-200PLC与智能仪表配合完成系统功能智能仪表PML3720可以检测电压，电流，功率因数，有功功率，无功功率等参数，可检测4个开关量，并作出复杂的运算，实现过流，速短，低电压保护等功能。它的缺点是开关量输入有限并且不易实现灵活多变的逻辑控制。而S7-200PLC紧凑可靠，配置灵活，正可以胜任这些任务。两者配合，可以获得满意的效果。PLC逻辑控制如下：1）1段合，2段合，则母联分。2）一段进线失压，3720保护分闸后，母联自投；进线电压正常后，PLC执行并列操作恢复供电。3）在任何情况下，若某段发生过流速短等电压回路故障时，3720分开响应的断路器，PLC保证母联断路器处于分状态。4）供电局通知某段进线听点和恢复供电前后,PLC执行并列操作。5）并列操作原则：同期信号存在，可以执行并列操作；同期信号不存在，禁止执行并列操作。三、S7-200PLC与智能仪表配合完成系统功能为满足控制要求，将上述关系划分为以下几个功能模块：模块1：PML3720分1段，PLC自投母联，然后判断哪段进线失压，以使PLC下次扫描时进入模块3或模块4。模块2：各进线分闸后，PLC分母联。模块3：并列操作1。信号同期时，先分母联，再分1段；信号不同期时，不发控制信号。此后若另一进线故障，PLC分母联。模块4：并列操作2。信号同期时，先分母联，再分2段；信号不同期时，不发控制信号。此后若另一进线故障，PLC分母联。模块5：并列操作3。信号同期时，先合1段，再分母联；信号不同期时，不发控制信号。三、S7-200PLC与智能仪表配合完成系统功能