工業(yè)企業(yè)供電母聯(lián)備自投在plc的應(yīng)用

1、:業(yè)企業(yè)供電課程報告母聯(lián)備自投PLC改造學(xué)生姓名:班級學(xué)號:5090509任課教師:劉云靜提交日期:2011.12.10成績:目錄15研究的背景、現(xiàn)狀及意義1.1背景1.2母聯(lián)備自投控制發(fā)展現(xiàn)狀1.3研究意義母聯(lián)備自投的PLC改造2.1母聯(lián)備自投的原理硬件選型設(shè)計3.1硬件介紹3.2選型依據(jù)（性能價格比）103.3具體選型103.4觸摸屏的配置113.5抗干擾設(shè)計113.6控制接線圖及軟件編程111416四設(shè)計總結(jié)參考文獻(xiàn)研究的背景、現(xiàn)狀及意義1.1背景隨著我國人民生產(chǎn)生活的現(xiàn)代化程度日益提高，人們對電力的需求和依賴程度也在倍增，對電能質(zhì)量的要求也更加嚴(yán)格，供配電在各個領(lǐng)域也不斷向自動 化、無

2、人值守、遠(yuǎn)程控制、不間斷供電的目標(biāo)邁進(jìn)。有些電力用戶尤其對不間斷 供電的要求顯得更加突出。我國的電力供應(yīng)主要還是依靠國家電網(wǎng)供電，電力缺 口也在不斷增大，尤其在用電高峰期缺電現(xiàn)象嚴(yán)重，為此很多大型企業(yè)便自建電 廠或配備發(fā)電機，因此各種電源的相互切換，保證電源的不間斷供電和供電的高可靠性成了現(xiàn)代配電工程中保護(hù)和控制回路的重要部分。在GB50062電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計規(guī)范中的第十一章也明確規(guī)定了備用電源和備用 設(shè)備的自動投入的具體要求。備用電源的投入需要備用電源自動投入裝置。【"備用電源自動投人裝置是電 力系統(tǒng)中為了提高供電可靠性而裝設(shè)的自動裝置。當(dāng)工作電源因故障或其他原因

3、消失后，備用電源自投裝置迅速將工作電源斷開，并將備用電源或其他正常工作電源投入工作。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，為了保證供電的可靠性，備自投裝置在電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛?！?】在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動 作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable ,是世界上公認(rèn)的第一臺PLC【3】隨后以可邏輯編程元件器

4、發(fā)展迅速，便逐步在電氣領(lǐng)域代 替?zhèn)鹘y(tǒng)的電氣器件。隨后PLC技術(shù)迅速發(fā)展，尤其20世紀(jì)90年代后成為一種功 能強大的、成熟的控制系統(tǒng)。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動 化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā) 揮越來越大的作用。21世紀(jì)，PLC會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的 新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進(jìn)一步向超小型及超大型 方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求同樣，

5、PLC在母聯(lián)備自投方面也起到不可估量的作用。1.2母聯(lián)備自投控制發(fā)展現(xiàn)狀隨著企業(yè)生產(chǎn)對供電性能的要求不斷提高和近年來得電量缺口越來越大，備用電源越來越普遍，而為了保證生產(chǎn)，備自投的技術(shù)越來越純熟。傳統(tǒng)的使用常 規(guī)繼電器控制，存在接線復(fù)雜、誤動、拒動、檢修困難等缺陷。由于PLC能夠?qū)崿F(xiàn)電氣的自動化具有比傳統(tǒng)的電氣器件無法取代的作用,PLC也廣泛應(yīng)用于備自投的控制系統(tǒng)里面，從而實現(xiàn)簡單、高效、便捷的功能。【4】隨著技術(shù)的發(fā)展，單片機和可編輯邏輯元件，還有一種利用電廠分散控制系統(tǒng)(OCS)冗余資源的備用電源自投裝置等的實現(xiàn)方法。尤其隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,以單片機或可編程邏輯元件構(gòu)成的微機型備自投得到

6、大量應(yīng)用。但是單片機的由于程序和應(yīng)用復(fù)雜、繁瑣、成本昂貴等缺點。而可編程邏輯元件的成本低廉,設(shè)計方便，運行穩(wěn)定等優(yōu)點。選擇以 PLC在母聯(lián)備自投的應(yīng)用為研究方向。其設(shè)計和運行上的靈活性為備自投裝置的應(yīng)用提供了新的思路?！?】但是由于PLC的發(fā)展迅速，有些PLC控制的備自投已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在備用電 源自動投入的需要，以前的PLC程序繁雜，通訊要求的設(shè)備較多，協(xié)議統(tǒng)一性不高。而現(xiàn)在的PLC模塊程度高，設(shè)備器件小型化。根據(jù)以上原因，結(jié)合新型的PLC設(shè)備，通過對PLC的程序設(shè)計改造，線路的優(yōu)化，實現(xiàn)母線備自投的有關(guān)電氣器件的開關(guān)動作，從而實現(xiàn)其功能。1.3研究意義PLC備自投保護(hù)裝置(以下簡稱備自投)核

7、心部分采用西門子S7-200PLC接觸器，數(shù)字塊和模擬塊（DI，DO AI，AO、通訊（RS-485）、按鈕開關(guān)等電氣 自動控制設(shè)備。母聯(lián)備自投控制采用 S7-200PLC空制后，控制線路接線簡單，成本低廉，維護(hù)方便，系統(tǒng)可靠性大大提高，動作靈敏準(zhǔn)確，故障率低，保證了工業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定運行，作為廠用電備自投系統(tǒng)的核心控制元件PLC 方面完成現(xiàn) 場數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、報警和控制等功能，滿足與全廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的通信要 求。另一方面要求安裝工藝簡單，適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境。因此，選用的 PLC在性能、質(zhì)量和兼容性等方面有較高的要求。西門子S2700系列PLC具有體積小、性能優(yōu)、易擴展、安裝簡易等特點，很適合小規(guī)模

8、的現(xiàn)場監(jiān)控?！?】產(chǎn)品在不同的電壓等級如110kV、10kV、0.4kV系統(tǒng)的供配電回路中使用時 需要設(shè)定不同的電氣參數(shù)，在訂貨時必須注明。在選擇備自投功能時則一定不可 以投入低電壓保護(hù)，以免沖突引起拒動或誤動。母聯(lián)備自投的PLC改造2.1母聯(lián)備自投的原理a）.內(nèi)橋接線的斷路器自動投入母聯(lián)開關(guān)斷開，兩個工作電源分別供電，兩個電源互為備用，此方式稱為母聯(lián)備自投方式。主要用于中小容量發(fā)電廠和變電所，高壓側(cè)為內(nèi)橋接線，正常為 兩條線路和兩臺變壓器同時運行，當(dāng)線路故障時，故障線路斷路器1dl （2dl、斷 開，內(nèi)橋斷路器3dl自動投入。a<fl3圖一內(nèi)橋接線的斷路器自動投入對于母聯(lián)備自投方式，當(dāng)

9、3dl在母線側(cè)時，本裝置可實現(xiàn)備用電源自動投入 的功能。當(dāng)3dl在進(jìn)線側(cè)時，本裝置除具有備用電源自動投入的功能外，還具有 工作自動恢復(fù)的功能。下面以3dl在進(jìn)線側(cè)來說明備自投的動作過程。（1）正向運行條件 U1> U1y, U2> U2y,即兩段母線電壓正常; 1dl和2dl處于合閘位置，即兩條進(jìn)線分別向兩段母線供電；3dl處于分閘位置，即兩段母線獨立運行; 無外部閉鎖開關(guān)量輸入、遠(yuǎn)方遙控閉鎖; 備自投投入; 備自投方式選擇母聯(lián)備自投; 正向運行投入; 選擇3dl在進(jìn)線側(cè)方式。當(dāng)正向運行條件滿足時，裝置判斷10s后進(jìn)入正向運行方式，準(zhǔn)備備用電源 的自動投入。正向動作條件為：裝置處于

10、正向運行狀態(tài)：即U1< U1d且11 < I1d （或U2 < U2d且12 < I2d ），即一段母線失電；U2> U2y （或U1> U1y），即另一段母線電 壓正常；無外部閉鎖開關(guān)量輸入、3dl斷線閉鎖、遠(yuǎn)方遙控閉鎖；無故障跳閘。當(dāng)滿足正向動作條件后，裝置將延時自投分閘（T1f）后動作，跳開1dl（2dl ） 開關(guān)，確認(rèn)跳開后將延時自投合閘時間（T1h），再合上3dl開關(guān)。（2）逆向運行條件U2> U2y（或U1> U1y）,即2#進(jìn)線（或1#進(jìn)線）電壓正常;3dl處于合閘位置，1dl （2dl）處于分閘位置，而2dl （1dl）處于合閘位

11、 置； 無外部閉鎖開關(guān)量輸入、遠(yuǎn)方遙控閉鎖; 備自投投入; 備自投方式選擇母聯(lián)備自投; 逆向運行投入; 選擇3dl在進(jìn)線側(cè)方式。當(dāng)逆向運行條件滿足時，裝置判斷10s后進(jìn)入逆向運行方式，準(zhǔn)備工作電源 的自動恢復(fù)。逆向動作條件為：系統(tǒng)恢復(fù)到原有運行方式的條件，（自投自復(fù)運行方式）： 裝置處于逆向運行狀態(tài)；U1> U1y（或U2> U2y），即失電進(jìn)線電壓恢復(fù)正常；無 外部閉鎖開關(guān)量輸入、遠(yuǎn)方遙控閉鎖。當(dāng)滿足逆向動作條件后，裝置將延時自復(fù)分閘時間（T2f）后動作，跳開3dl 開關(guān)，確認(rèn)跳開后將延時自復(fù)合閘時間（T2h）,再合上1dl（2dl ）開關(guān)。b）.母聯(lián)備自投裝置具體要求1.運行故

12、障時，按要求切換備用電源這也是本裝置最主要實現(xiàn)的功能。當(dāng)運行變壓器故障時，備用變壓器能夠按照預(yù)定的要求快速投入。具體的講，就是當(dāng) 一臺變壓器內(nèi)部故障時，三側(cè)的斷路器跳開，備用變壓器能夠快速實現(xiàn)三側(cè)快速 互投。當(dāng)變壓器后備保護(hù)動作時，切除中低側(cè)開關(guān)，備用變壓器能夠合上相應(yīng)側(cè) 的斷路器。也就是運行變壓器的中壓側(cè)開關(guān)斷開，備用變壓器的相應(yīng)中壓側(cè)開關(guān) 合上，當(dāng)然，首先合上高壓側(cè)開關(guān)。當(dāng)運行變壓器的低壓側(cè)開關(guān)斷開，備用變壓器的相應(yīng)低壓側(cè)開關(guān)合上。2.3.某側(cè)母線故障時，能夠可靠地閉鎖本裝置的動作。能夠自動區(qū)分運行變壓器的斷路器是由于故障斷開還是偷跳。4.4a w衛(wèi)札3kV北fja4IF6082 I2DL

13、eo?i血 1A砌2什F 冊f6liVrfflVDc TtW 本裝置只能動作一次，失敗則不再自動互投，并給出相應(yīng)信號，告訴值 班人員。5. 當(dāng)備用變壓器投在故障時，斷路器能夠?qū)崿F(xiàn)快速后加速。6. 正常時能夠檢測變壓器經(jīng)濟負(fù)荷曲線，按照經(jīng)濟負(fù)荷曲線自動切換變壓器【1】器。C).主接線圖及其說明(1)主接線圖如下【7】GI307307： ,X步6KV變電站主接線圖(2)要采集的各種數(shù)據(jù)要采集的輸入輸出數(shù)據(jù)需采集的開入量（11路），開出量（4路），如下表示項目繼電器號輸入1#進(jìn)線電壓檢測10.02#進(jìn)線電壓檢測10.11#進(jìn)線斷路器QF1輔助觸點I0.22#進(jìn)線斷路器QF2輔助觸點I0.3母聯(lián)斷路器

14、QF0輔助節(jié)點I0.41#進(jìn)線微機保護(hù)出口節(jié)點I0.52#進(jìn)線微機保護(hù)出口節(jié)點11.3母聯(lián)微機保護(hù)出口節(jié)點11.41#進(jìn)線保護(hù)動作復(fù)位I1.02#進(jìn)線保護(hù)動作復(fù)位I1.1母聯(lián)保護(hù)動作復(fù)位I1.2輸出1#進(jìn)線跳閘Q0.02#進(jìn)線跳閘Q0.1母聯(lián)合閘Q0.2母聯(lián)分閘Q0.3【81硬件選型設(shè)計3.1硬件介紹硬件包括【9】：電源（PS）中央處理器（CPU） 數(shù)字塊和模擬塊（DI，DO, Al，AO）觸摸屏TP07 通訊（RS-485）3.2選型依據(jù)（性能 價格比）安全可靠 操作，維護(hù)與維修方便 實時性強 通用性好經(jīng)濟效益高3.3具體選型多。1.在自動化綜合設(shè)計中，要求容錯和高可靠性的自動化系統(tǒng)的應(yīng)用越

15、來越在變電所的供電領(lǐng)域，停電將帶來巨大的經(jīng)濟損失。由于所應(yīng)用的母聯(lián)備自投的控制穩(wěn)定性和精確度要求比高而控制要求又相對簡單，所以采用S7-200PLC來實現(xiàn)。2.中央處理器CPUl勺選擇:中央處理器有多種技術(shù)類型，根據(jù)我們程序模塊的容量，包括塊容量，F(xiàn)B,FC勺最大容量，還有數(shù)據(jù)塊的最大容量,要選擇SIMATIC S7-200系列的CPU224CPU22模塊有數(shù)字量14I/100點，可連接7個擴展模塊，具有13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)儲存空間，30KH Z的高速計數(shù)器6個，還具有PID控制功能，一個RS4851信編程 端口，具有PPI點點通信協(xié)議多點端口（MPI）通信協(xié)議和自由方式通信能力。輸出 類型為

16、繼電器一干觸點，電壓允許范圍5-250VAC可直接帶220V勺負(fù)載，繼電器 開關(guān)延時最大為10ms,機械壽命為10000000開關(guān)，大大提高了壽命?！?0】注：S7200系列的PLC內(nèi)部集成的接口為用戶提供點到點接口 PPT(Poin t-to-Poi nt In terface)、多點接口 MP l(Multi-poi nt In terface)、自由 通信口 3種通信方式，并提供一個RS-485接口與外設(shè)通信。為了與電廠計算機監(jiān) 控系統(tǒng)相適應(yīng)，選擇自由通信口方式。在此方式下，通信協(xié)議和波特率可由用戶 定義，并且完全可通過程序使用接收/發(fā)送中斷、接收（RCV /發(fā)送（XMT指令控制通信操作

17、。本系統(tǒng)選擇ASII協(xié)議，PLC把采樣到的廠用電母線上的電壓 值、電流值、電度量，通過轉(zhuǎn)換指令轉(zhuǎn)換成 ASII碼再實時傳送到上位機，同時PLC也可把上位機有關(guān)命令（ASII碼）與預(yù)先定義好的操作碼進(jìn)行比較，相符則轉(zhuǎn)到相應(yīng)的操作程序。【9】【10】3.4觸摸屏的配置觸摸屏采用TP07人機界面HMT（ Huma n-Machi ne In terface ）產(chǎn)品實現(xiàn)現(xiàn) 場監(jiān)視、操作和在線修改的功能。使用觸摸屏，可使現(xiàn)場操作簡單生動，還可以 減少PLC控制所需的I/O點數(shù)，降低生產(chǎn)成本?！?1】3.5抗干擾設(shè)計為了提高系統(tǒng)可靠性PLC必須安裝于有接地的金屬架上，采用屏蔽電纜。模擬信號（電壓，電流）采

18、用電壓和電流變送器隔離。電源采用隔離變壓器隔離,以減少電源“噪聲”。系統(tǒng)裝置應(yīng)良好接地?！?2】3.6控制接線圖及軟件編程控制接線圖如下:k aHl *715 dj«*壬10.0堆370 1 tOiS ：）,aftlILO iian 1gow 1CPU334 00 iLlL*使用SIMATIC的編程器 PG710，用PC/PPI電纜建立通信就可以與S7-200CPL建立在線聯(lián)系，對6KV母聯(lián)開關(guān)的備自投控制進(jìn)行軟件編程，調(diào)試工作，它采用環(huán)境，利用STEP7-Micro/Windows32軟件包，支持 32 位 Windows95/98/NT/2000STEP7-Micro/Windo

19、ws32可以建立用戶程序并把它下載到 CPU PLC控制梯形圖【13】【14】盡®1網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題11廿電源謖魏失壓延時10010.110210.3T3?J 11J 1J > 1ihjtomF 11，11 F 1IN1 un10-PT100 m客冋路2|1甘電瀝進(jìn)線跳閘 1021 / FT3710.4QO.DQ0.0I 2#電瀉進(jìn)線失壓延時10.010.1T I1 1 11 ¥ 1INTONF 11 丿 11 f 110-PT100 m3IQ210.3T3BI 2丸電遞進(jìn)線跳詞ID 3T39ID aQO.-I10 5II OMaiMQ 116I 2*1電瘧進(jìn)蛾過電痂跳I詞交

20、阪II 1M0.3Q0.2QOJQO.3問路10I母聯(lián)開關(guān)分閘M0.310.419母聯(lián)備自投控制采用S7-200PLC控制后，控制線路接線簡單，維護(hù)方便，系 統(tǒng)可靠性大大提高，動作靈敏準(zhǔn)確，故障率低，便于進(jìn)行在改造，保證了工業(yè)生 產(chǎn)的穩(wěn)定運行。四設(shè)計總結(jié)通過對企業(yè)供電的學(xué)習(xí)，同時結(jié)合其他學(xué)科的知識，比較單片機和可編程控 制器PLC的優(yōu)勢比較，由于單片機一般需要在基于嵌入式系統(tǒng)平臺，其中涉及通 信、模擬量裝換、經(jīng)過。輸入模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和計算后，結(jié)合開入量信號, 經(jīng)過控制邏輯判斷，發(fā)出各種控制信號 在硬件平臺不作改變的情況下，對軟件 平臺稍作修改就可完成此應(yīng)用【15】。但是由于考慮到自身學(xué)習(xí)

21、情況，以及對于單片機和PLC的了解程度，決定PLC在備自投裝置中應(yīng)用廣泛。提出母聯(lián)備自投的PLC改造。首先備自投原理簡單，自己能夠運用 PLC進(jìn)行實現(xiàn)，這樣能夠適合自己的學(xué)習(xí)和提高。其次，在本次論文中遇到了很多實際性的問題，在實際設(shè)計中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的 東西與在實際運用中的還是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入地理解,而且要不斷地更正以前的錯誤思維，如在涉及PLC梯形圖的過程中需要注意指令的細(xì)節(jié)。其次，一切問題必須要靠自己一點一滴的解決，通過查文獻(xiàn)，上網(wǎng)等。而在解決的過程當(dāng)中你會發(fā)現(xiàn)自己在不斷的提升。雖然感覺理論上已經(jīng)掌握，但 在運用到實踐的過程中仍有意想不到的困惑，這使我學(xué)到了許多

22、課堂上學(xué)不到的 知識，也解決了課堂上理論發(fā)現(xiàn)不了的問題。這次論文也作為我今后努力學(xué)習(xí)的 興趣，我想這將對我以后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極的影響。同時讓我感覺到設(shè)計這種東西 需要從平時做的實驗、老師上課的舉例、書本上的知識以及其他同學(xué)的幫助下終 于完成了。雖然內(nèi)容并不是很復(fù)雜，但是我覺得設(shè)計的過程相當(dāng)重要，學(xué)到了很 多，收獲了很多。我覺得論文完成反映的是一個從理論到實際應(yīng)用的過程，但是 更遠(yuǎn)一點可以聯(lián)系到以后畢業(yè)之后從學(xué)校轉(zhuǎn)到踏上社會的一個過程。在此過程中，加深了對母聯(lián)備自投的認(rèn)識，加強了不同領(lǐng)域知識的結(jié)合，更 重要的是為以后的工作知識的綜合運用起到了一定的啟示作用。本次設(shè)計通過到圖書館和上網(wǎng)查閱相關(guān)資料，提高了自學(xué)能力，加深了對課 本知識的理解，明白了母聯(lián)備自投原理以及