基于plc对供配电系统的设计

毕业设计（2012届）题目基于plc的供配电监控系统的设计学院物理电气信息学院专业电气工程与自动化年级2008级学生学号12008243761学生姓名罗瑞东指导教师胡钢墩基于plc的供配电监控系统的设计摘要供配电监控系统是整个变电站的命脉，它对变电站内各用电设备进行集中监视和管理。随着综合性、多功能变电站的不断发展，对供配电系统的可靠性提出了更高的要求，因此，对变电站中供配电系统的实时监测更加关注。本论文以35kV变电站主控楼的供配电系统为基础，设计并实现了一套能完成自动监控的供配电系统。选用PLC作为现场级的控制设备，工控组态软件作为主控楼供配电监控系统的监控平台，运用PLC编制监控程序，通过组态王的监控界面来实现对供配电系统的监控。本论文的主要内容如下:综述了本课题的研究现状、发展趋势及意义等，选取了35kV变电所工程作为论文研究基础，并将变电所主控楼的供配电系统单独列出，作为本次研究关注的对象，对其主回路及控制回路进行了详细设计和描述。接着，设计plc硬件电路连接，并通过编写PLC控制程序，设置MCGS组态软件，解决了本次课题的关键问题，即实现了PLC对主控楼供配电系统的监测和控制。最后，对课题的研究和工程的应用进行了全面总结。关键词：PLC，组态软件，监控系统，供配电目录第一章绪论.........................................................51.1课题的研究现状.............................................51.2监控系统的发展趋势..........................................61.3课题的研究内容..............................................61.4课题的研究意义...............................................7第二章PLC和HMl基础...............................................92.1可编程控制器基础............................................92．1.1可编程控制器的产生和应用............................92．1．2可编程控制器的组成和工作原理.........................92.1.3可编程控制器的分类及特点............................112.1.4西门子S7-200PLC简介...............................122．2人机界面基础...............................................122．2.1人机界面的定义.....................................122．2.2人机界面产品的组成及工作原理........................132．2．3人机界面产品的特点..................................132.2.4组态王..............................................13第三章系统的理论分析及控制方案确定...............................153.1基本硬件设备的选型..........................................153.2变电站主控楼供配电系统的电气主接线设计......................153.3变电站主控楼供配电系统控制回路的设计........................163.3.1控制回路的动作过程....................................18第四章PLC控制系统硬件设计........................................204.1PLC控制系统设计的基本原则和步骤............................204．1.1PLC控制系统设计的基本原则.........................204.1.2PLC控制系统设计的一般步骤.........................224.2PLC的选型与硬件配置.......................................244．2.1PLC型号的选择......................................244．2.2S7-200CPU的选择...................................254.2.3I／O点分配及电气连接图...............................25第5章供配电监控系统的软件设计....................................275.1plc程序设计方法............................................275．2编程软件STEP7-Micro／WIN概述.............................285.2.1梯形图的语言特点......................................285.2PLC的控制流程.............................................285.2.2PLC程序编制..........................................305.2.3梯形图程序............................................305.3人机界面(HMI)设计...........................................315.3.1组态王的通信参数设置..................................315.3.2新建工程与组态变量....................................325.3.3组态画面..............................................335.3.4监控系统界面..........................................34第6章总结与展望..................................................36第一章绪论1.1课题的研究现状国际上现流行的供配电管理系统和配电自动化主要是针对中低压系统而言的(称为馈线自动化)。供配电管理自动化是一个信息收集和处理的系统，将现代计算机技术和通信技术应用在供配电系统监视和控制上。20世纪80年代，日本已经完成了计算机系统与供配电设备相配合的供配电自动化系统，并投入运行于主要城市的供配电网络上。20世纪90年代，韩国也完成了局部供配电系统的馈线自动化，建立了自己的供配网自动化实验网络。供配电管理自动化是近几年发展起来的新兴技术，欧美和日本等发达工业国家也下大力气推广该技术，而我国这一技术才刚刚起步。目前，我国的供配电网还很落后。近几年，一些地区发生电网事故导致重要用户停电，其主要原因是:电网结构薄弱、可靠性低、自动化程度低以及管理不善。加强电网建设、配电网建设，强化输电网是当务之急。因此，对供配电系统设备的改造和实现供配电自动化成为待解决的问题。近几年来，在变电站继电保护中已经用可编程控制器(PLC)代替了传统的继电器，实现了利用PLC构成自动重合闸装置的控制系统，可以克服传统控制方式的不足，并且具有连线简单，工作可靠，便于调试、调整和维护，还可以和计算机联网进行远程集中控制等优点，提高了系统的可靠性，使系统的控制功能更加完善，控制精度进一步提高。在工业自动化领域内，PLC的使用也越来越普遍。PLC以其高可靠性、适应工业过程现场、强大的联网功能等特点，广泛的应用于生产工艺过程。在目前的很多自控系统中，常常选用PLC作为现场级的控制设备，用于数据采集、状态判别和输出控制，而在系统上位机上利用工控组态软件来完成工业流程及控制参数的显示，实现生产监控和管理等功能，具有实施性好，速度快，可靠性高，运行稳定，调节灵活等优点。组态软件的人机界面友好而直观，而且具有一定的灵活性，易于扩充，整个系统运行平稳，安全可靠。这种监控系统充分利用了微型机和PLC各自的特点，实现了优势互补，得到了广泛的应用。此外，从目前国际上低压配电行业的发展来看，各主要公司SIEMENS，ABB，SCHNEIDER等都己经开发或使用了基于各种现场总线的配电系统，并己采用技术合作、合资等手段介绍到我国并得到应用。我国清华大学、浙江大学中控公司、沈阳自动化研究所和上海工业自动化仪表所等也进入到该领域，在现场总线技术的应用方面取得了一些进展。因此，基于现场总线控制系统(FCS)的智能化产品和智能配电技术的应用必将给我国低压配电行业带来新的飞跃。同时一种以FCS技术为基础，凝聚着电子技术、计算机技术和通讯网络等技术的电力监控系统应运而生，并且广泛应用于智能建筑中。1.2监控系统的发展趋势随着大型供配电站的发展，智能楼宇的兴起，以及工业自动化水平的提高，智能化供配电系统需求量必将大大增加。从国内外产品来看，智能型供配电系统将会向着以下几个方面发展:功能更强，可靠性更高，系统更完善。随着PLC技术的不断完善，监控技术的不断发展，以及其他相关技术的不断进步，智能化供配电系统将会向着更智能，更快捷，更人性化的方向发展。因此，供配电监控系统必将走向供配电的综合自动化:功能上的综合化、运行管理的智能化、结构上的计算机化、操作监视的屏幕化。供配电系统的综合自动化同智能楼宇系统(BAS)、企业资源计划(ERP)融合在一起，达到良好管理，这己成为一种必然的趋势和发展方向。综合前人的研究成果以及当今技术的发展趋势，基于变电站自动化监控系统的现状，其发展趋势主要集中在以下几个方面：（1）目前的自动化常常是一个自动化装置同时监管好几个设备，这样做给保护的实时性带来了不便利，同时，如果该装置发生故障，和他相关联的每个装置都会停止工作，使得故障范围扩大。未来的变电站自动化会在这方面有所创新，将实现每个设备基本上都有自己的自动化保护装置，不但保护实时性得到提高，而且一旦发生故障时，也仅仅局限故障当地。（2）在每个设备都有其自身的保护装置基础上，进一步实现硬件的统一。目前各种类型的设备都有基本的输入输出通道，装置所执行的功能也主要由软件进行。软件目前有在线编程的能力，或在线更改的能力。现场进行软件的配置，提高冗余度，加强硬件的互换能力，形成标准配置，使得自动化变电站的维修、保养都有章可循，减轻设备的库存压力，提高设备的的通用率，为变电站24小时不间断供电打下坚实基础。（3）进一步加强计算机监控的能力，在原有监控硬件不改变的基础上，完善软件功能，可以使调度中心获得更多的实时信息，提高调度中心对变电站的调度性能。同时操作更加合理、方便、可靠。（4）充分利用计算机控制，信息处理和通讯技术的发展，将变电站的自动化监控从静态改变为动态。具体地说可以从图像角度出发，利用工业电视提供的图像画面，应用计算机图像识别技术，可以迅速的辨别图像或是对多个图像进行综合判断，及时发出控制指令，进一步提高变电站综合自动化能力。1.3课题的研究内容本课题研究的内容是关于供配电系统的监控设计：（1）简单概述了plc和人机界面、组态王的基本概念以及结构功能。（2）将某35kv变电所主控楼的供配电系统单独列出，作为本次研究关注的对象，对其主回路及控制回路进行了详细设计和描述。(3)主要以系统设计结构和硬件设计角度，介绍该项目的plc控制系统设计步骤，plc的硬件配置以及对外部电路设计。（4）在硬件设计的基础上，详细介绍了本