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PLC与组态在供配电监控系统中的应用
日期:2010-8-19 21:40:08 点击:
来源:中国自动化网
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1  引言
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    根据工业自动化系统组态技术完成的中小型供配电系统,具有功能扩展容易、开发周期短、界面丰富等优点,且外界数据交互方面,可支持各种工控设备和常见的通信协议,并且可提供分布式数据管理和网络功能。随着组态技术的快速发展,实时数据库、实时控制、scada、通讯及联网、开放数据接口、对i/o设备的广泛支持已经成为它的主要内容,随着组态技术应用的推进,其在电力能源管理领域将不断被赋予新的内容。
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2  电力能源管理
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    地区或者工厂供配电系统通常由高压控制单元和低压配电单元构成。
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    本案例主要设备有hxgn型高压进线柜、xgn2型高压出线柜、xgn2型高压互感器及避雷器柜、kyn28型高压联络柜、低压配电柜、电容补偿柜等成套装置,系统由两处电网线路组合供电,经保护控制和变压后由低压配电柜组进行电力分配。系统主接线以桥接式线路为基础,进行方案改进,以多种组合方式以达到系统运行的灵活性。监控系统采用工控机、可编程控制器、智能仪表、通讯模块等硬件,力控pnetpowertm及cx-programmer等软件组态编程,完成对各成套装置的信号采集、处理和控制,如图1所示。系统主要由信号层、控制层、系统管理与通讯层三部分构成。
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2.1信号层
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    设备的信号采集由智能传感器和电力信号变送器完成,智能仪表直接与通讯端口和pci接口链接。普通电力信号经分压、整流等变送处理后,完成信号标准化,经a/d转换,传送至上位机。如回路电流信号,经互感器采集后隔离降压处理,完成0-5v标准化后,plc模拟量单元内建分辨率,由组态软件进行量程变换和数据处理。设备状态信号由辅助继电器、辅助触点和短路零电压判断处理后引入plc数字io单元,完成信号的隔离与采集,其性能可靠、成本低。上位机的控制信号由plc输出后,经继电器、接触器与电动机等电器配合完成,根据隔离防爆与安全等级进行组合搭配。
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2.2 控制层
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    电力系统有本身及设备频繁操作、故障脱扣等产生的强电磁及谐波干扰等特点,对于监控系统而言,应能实现面向对象的操作模式,具有强抗干扰能力,系统部分辅助控制及采集由智能化仪表和器件完成,主要控制功能及关键设备动作控制由plc完成,由于plc的设计结构特点,其控制的可靠性较高,可保证供配电系统的运行逻辑,并且控制方式灵活,安全可靠。系统采用plc的模拟采样输入来实现遥测、plc的离散输出点来实现遥控、plc的离散输入点来实现遥信、plc的通信功能来实现和主机的通信,采用cx-programmer软件对控制量进行软件互锁,并内建模拟量分辨率,并完成标准转换处理,其方案具有硬件结构简单、维护方便的特点,而且如果将plc的扩展模块连接在一起,就可以实现遥测点、遥控点、遥信点的增加。
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图1  工厂电力能源管理系统结构
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2.3 系统实现
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    系统上位机组态采用力控pnetpowertm软件,完成数据分析、图形化处理和控制,并建立监控系统管理平台,完成hostlink系统组态。hostlink系统的通讯方式简单经济,采用rs-232c方式,基于1:1的通信,距离为15m;也可转换为rs-422方式,实现1:n的通信,即一台上位机与多台plc进行通信,最多可有32台plc连接到上位机,通信距离最大可达500m。利用pnetpowertm的多设备地址定义,在链接plc的同时对ipc进行pci扩充,利用pci板卡的资源丰富特点,对plc进行补充,扩充后可采用第二设备端口进行通讯,由于pnetpowertm支持多协议通讯,在ipc母版插槽和硬件资源充裕的情况下,还可进行其他协议和无协议通讯。在该系统中,均采用hostlink通讯协议,所有通信都将作奇偶检验和帧检验,数据采集过程中,数据包之间采用的是轮巡(polling)机制,从而能估计出通信中的错误,并且可在断线时自动缓存数据,通信正常后恢复数据,保证系统的可靠性。
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    设备的运行系统主要由i/o驱动程序和i/o监控器(iomonitor)构成。i/o驱动程序负责与物理i/o设备之间的数据通信、数据交互。iomonitor是一个监控管理程序,负责控制i/o驱动程序的启/停,监控i/o设备运行状态等。
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    i/o驱动是按照设备通道来管理驱动程序进程空间的。一个串口、一个tcp/ip网络链接、一块通信接口卡都算做一个通道。在运行时每个通道创建、加载一个独立的进程空间。这种相互独立的进程管理方式可以确保当某一通道出现异常时,不会对其它通道的数据采集产生影响。所有i/o驱动程序的运行方式都是后台运行方式,禁用快捷后,增加系统运行的安全性。
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    启动运行系统时,运行系统可以自动启动iomonitor,再由iomonitor 完成对所有驱动程序进程的创建、加载与运行。iomonitor可以对i/o设备在运行过程中的各种状态及产生的事件进行监视与浏览,如查看系统状态、查看授权信息、查看通道、查看数据包信息。在运行过程中,iomonitor会自动将i/o设备产生的重要事件记录到日志系统中。若要查看这些事件,打开日志系统,选择“系统日志”大类的事件窗口中可以查看所有来自iomonitor 的事件信息,以为系统管理提供依据。
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    如果监控系统发现一台变压器发生故障或需要对变压器进行检修时,为保证用电的可靠性,需将一台变压器的负荷投切至另一台变压。在充分利用变压器的过负荷能力的前提下,由监控系统对所测得数据进行分析判断,如变压器间互投将可能造成正常变压器过负荷及更大的事故面,便切除部分非重要负荷后再进行互投,而后依据监控系统所测算的数值,有计划的将部分负荷重新投入。如果系统及配电单元发生故障和安全警报时,需要紧急停止系统或部分配电单元,可利用系统上位hmi,经plc控制继电单元和电动机实现远程切断控制,避免手动控制时间上的延迟和带负荷通断带来的人身安全问题。切断系统经接地保护后,根据监控数据对故障进行检查和分析,使系统在运行过程中不断优化。
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3  监控系统设计
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3.1 参数测控
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    系统对供电电压、电流、避雷器单元的检测;变压器温度检测;配电设备的电压、电流、无功功率、输出功率、等参量的检测,对供配电逻辑动作检测和设备的控制,对成套装置的综合保护数据进行引入,并对各项数据进行存储和分析,对安全参量进行综合报警和智能化控制,保证为正常运行时的管理、事故发生时的故障原因分析提供依据。
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3.2 图形监控
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    系统构架、电气一次、电气设备设的图形化处理,系统电气设备动作状态显示、系统随动值实时显示,故障报警显示、音频警告、故障确认如图2所示。
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图2  系统一次线路状态监控界面
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3.3 能源管理
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    系统管理员根据系统运行情况,对用户进行配置和管理,系统操作者根据所分配的级别和区域对系统进行管理操作,系统对各项报警数据的储存和记录的操作者账户进行记录和管理,实现责任人明确。实时数据库管理:系统对实时数据进行储存,方便调用,可根据实时数据进行分析,以选择最优控制方式,其包括数据分析、历史数据存储、报警记录等。

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