工業企業供電母聯備自投在plc應用x

時間：2020-11-24 17:12:54　來源：勤學考試網本文已影響人

工業企業供電課程報告

母聯備自投PLC改造

學生姓名：

班級學號：5090509

任課教師：劉云靜

提交日期：2011.12.10

成績：

研究的背景、現狀及意義

1.1背景

1.1

背景

TOC \o "1-5" \h \z \o "Current Document" 母聯備自投控制發展現狀 4

\o "Current Document" 研究意義 4

母聯備自投的PLC改造

母聯備自投的原理

硬件選型設計

\o "Current Document" 硬件介紹 9

\o "Current Document" 選型依據（性能價格比） 10

\o "Current Document" 具體選型 10

\o "Current Document" 觸摸屏的配置 11

\o "Current Document" 抗干擾設計 11

\o "Current Document" 控制接線圖及軟件編程 11

\o "Current Document" 設計總結 14

參考文獻 16

參考文獻

研究的背景、現狀及意義

1.1 背景

隨著我國人民生產生活的現代化程度日益提高，人們對電力的需求和依賴程度也在倍增，對電能質量的要求也更加嚴格，供配電在各個領域也不斷向自動化、無人值守、遠程控制、不間斷供電的目標邁進。有些電力用戶尤其對不間斷供電的要求顯得更加突出。

　我國的電力供應主要還是依靠國家電網供電，電力缺口也在不斷增大，尤其在用電高峰期缺電現象嚴重，為此很多大型企業便自建電廠或配備發電機，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代配電工程中保護和控制回路的重要部分。在 GB50062 《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》中的第十一章也明確規定了備用電源和備用設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。

【1】備用電源自動投人裝置是電

力系統中為了提高供電可靠性而裝設的自動裝置。

當工作電源因故障或其他原因

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。

　隨著電網規模的不斷擴大，電力系統網絡結構日益復雜，為了保

證供電的可靠性，備自投裝置在電力系統中應用廣泛。

在工業生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數據采集。傳統上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統來實現的。

　1969 年美國數字設備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable , 是世界上公認的第一臺PLC【3】隨后以可邏輯編程元件器發展迅速，便逐步在電氣領域代替傳統的電氣器件。隨后PLC技術迅速發展，尤其20世紀90年代后成為一種功能強大的、成熟的控制系統。

　伴隨著計算機網絡的發展，可編程控制器作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在工業及工業以外的眾多領域發揮越來越大的作用。21世紀，PLC會有更大的發展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、

智能更強的品種出現；從產品規模上看，會進一步向超小型及超大型方向發展；從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業控制場合的需求同樣， PLC在母聯備自投方

面也起到不可估量的作用。

母聯備自投控制發展現狀

隨著企業生產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，備自投的技術越來越純熟。

　傳統的使用常規繼電器控制，存在接線復雜、誤動、拒動、檢修困難等缺陷。由于 PLC 能夠實現電氣的自動化具有比傳統的電氣器件無法取代的作用， PLC 也廣泛應用于備自投的控制系統里面，從而實現簡單、高效、便捷的功能。

　【4】

隨著技術的發展，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(OCS)冗余資源的備用電源自投裝置等的實現方法。

　尤其隨著計算機技術的發展,以單片機或可編程邏輯元件構成的微機型備自投得到大量應用。但是單片機的由于程序和應用復雜、繁瑣、成本昂貴等缺點。

　而可編程邏輯元件的成本低廉，設計方便，運行穩定等優點。選擇以 PLC 在母聯備自投的應用為研究方向。其設計和運行上的靈活性為備自投裝置的應用提供了新的思路。

　【5】

但是由于PLC的發展迅速，有些PLC控制的備自投已經不能滿足現在備用電源自動投入的需要，以前的PLC程序繁雜，通訊要求的設備較多，協議統一性不高。而現在的PLC模塊程度高，設備器件小型化。

根據以上原因，結合新型的PLC設備，通過對PLC的程序設計改造，線路的優化，實現母線備自投的有關電氣器件的開關動作，從而實現其功能。

研究意義

PLC備自投保護裝置(以下簡稱備自投)核心部分采用西門子S7-200PLC，接

觸器，數字塊和模擬塊（DI, DO AI, AO、通訊（RS-485）、按鈕開關等電氣自動控制設備。母聯備自投控制采用 S7-200PLC空制后，控制線路接線簡單，成本低廉，維護方便，系統可靠性大大提高，動作靈敏準確，故障率低，保證了工業生產的穩定運行，作為廠用電備自投系統的核心控制元件 PLC，一方面完成現

場數據的采集、轉換、報警和控制等功能，滿足與全廠計算機監控系統的通信要求。另一方面要求安裝工藝簡單，適應現場環境。因此，選用的 PLC 在性能、質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、易擴展、安裝簡易等特點，很適合小規模的現場監控。

　【6】

產品在不同的電壓等級如 110kV、 10kV 、 0.4kV 系統的供配電回路中使用時需要設定不同的電氣參數，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，以免沖突引起拒動或誤動。

二母聯備自投的PLC改造

2.1 母聯備自投的原理

a）.內橋接線的斷路器自動投入母聯開關斷開，兩個工作電源分別供電，兩個電源互為備用，此方式稱為母聯備自投方式。

　主要用于中小容量發電廠和變電所，高壓側為內橋接線，正常為兩條線路和兩臺變壓器同時運行，當線路故障時，故障線路斷路器 1dl （2dl、斷

開，內橋斷路器 3dl 自動投入?！?】

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圖一內橋接線的斷路器自動投入

對于母聯備自投方式，當3dl在母線側時，本裝置可實現備用電源自動投入的功能。當3dl在進線側時，本裝置除具有備用電源自動投入的功能外，還具有

工作自動恢復的功能。下面以3dl在進線側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；

無外部閉鎖開關量輸入、遠方遙控閉鎖；

備自投投入；

備自投方式選擇母聯備自投；

正向運行投入；

選擇3dl在進線側方式。

當正向運行條件滿足時，裝置判斷10s后進入正向運行方式，準備備用電源的自動投入。

正向動作條件為：裝置處于正向運行狀態：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；無外部閉鎖開關量輸入、3dl斷線閉鎖、遠方遙控閉鎖；無故障跳閘。

當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，確認跳開后將延時自投合閘時間（T1h）,再合上3dl開關。

（ 2）逆向運行條件

U2> U2y（或U1> U1y）,即2#進線（或1#進線）電壓正常；

3dl處于合閘位置，1dl （2dl）處于分閘位置，而2dl （1dl）處于合閘位置；

無外部閉鎖開關量輸入、遠方遙控閉鎖；

備自投投入；

備自投方式選擇母聯備自投；

逆向運行投入；

選擇 3dl 在進線側方式。

當逆向運行條件滿足時，裝置判斷10s后進入逆向運行方式，準備工作電源的自動恢復。

逆向動作條件為：系統恢復到原有運行方式的條件，（自投自復運行方式）：裝置處于逆向運行狀態；U1> U1y（或U2> U2y），即失電進線電壓恢復正常；無外部閉鎖開關量輸入、遠方遙控閉鎖。

當滿足逆向動作條件后，裝置將延時自復分閘時間（T2f）后動作，跳開3dl 開關，確認跳開后將延時自復合閘時間（T2h），再合上1dl （2dl ）開關。

b）. 母聯備自投裝置具體要求

運行故障時，按要求切換備用電源這也是本裝置最主要實現的功能。

　當運行變壓器故障時，備用變壓器能夠按照預定的要求快速投入。

　具體的講，就是當一臺變壓器內部故障時，三側的斷路器跳開，備用變壓器能夠快速實現三側快速互投。當變壓器后備保護動作時，切除中低側開關，備用變壓器能夠合上相應側的斷路器。

　也就是運行變壓器的中壓側開關斷開，備用變壓器的相應中壓側開關合上，當然，首先合上高壓側開關。當運行變壓器的低壓側開關斷開，備用變壓

器的相應低壓側開關合上。

能夠自動區分運行變壓器的斷路器是由于故障斷開還是偷跳。

某側母線故障時，能夠可靠地閉鎖本裝置的動作。

本裝置只能動作一次，失敗則不再自動互投，并給出相應信號，告訴值班人員。

當備用變壓器投在故障時，斷路器能夠實現快速后加速。

正常時能夠檢測變壓器經濟負荷曲線，按照經濟負荷曲線自動切換變壓

.主接線圖及其說明

(1)主接線圖如下

6KV變電站主接線圖

擁-601

(2)要采集的各種數據

需米集的開入量（11路）,開出量（4路）,如下表示

項目

繼電器號

輸入

1#進線電壓檢測

I0.0

2#進線電壓檢測

I0.1

1#進線斷路器QF1輔助觸點

I0.2

2#進線斷路器QF2輔助觸點

I0.3

母聯斷路器QF0輔助節點

I0.4

1#進線微機保護岀口節點

I0.5

2#進線微機保護岀口節點

I1.3

母聯微機保護岀口節點

I1.4

1#進線保護動作復位

I1.0

2#進線保護動作復位

I1.1

母聯保護動作復位

I1.2

輸出

1#進線跳閘

Q0.0

2#進線跳閘

Q0.1

母聯合閘

Q0.2

母聯分閘

Q0.3

要采集的輸入輸出數據

【8】

三硬件選型設計

3.1硬件介紹

硬件包括【9】：電源（PS）

中央處理器（CPU）

數字塊和模擬塊（DI，DO, Al，AO）

觸摸屏TP07

通訊（RS-485）

3.2 選型依據(性能價格比)

安全可靠操作，維護與維修方便實時性強

通用性好

經濟效益高

具體選型

1. 在自動化綜合設計中，要求容錯和高可靠性的自動化系統的應用越來越多。在變電所的供電領域，停電將帶來巨大的經濟損失。

　由于所應用的母聯備自投的控制穩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。

2.中央處理器CPU勺選擇：中央處理器有多種技術類型，根據我們程序模塊的容量，包括塊容量， FB，

FC勺最大容量，還有數據塊的最大容量，要選擇SIMATIC S7-200系列的CPU224 CPU22模塊有數字量14I/100點，可連接7個擴展模塊，具有13K字節程序和數據儲存空間，30KH z的高速計數器6個，還具有PID控制功能，一個RS48通信編程端口，具有PPI點點通信協議多點端口 (MPI)通信協議和自由方式通信能力。輸出類型為繼電器一干觸點，電壓允許范圍5-250VAC,可直接帶220V勺負載，繼電器開關延時最大為10ms,機械壽命關，大大提高了壽命?！?0】注：S7200系列的PLC內部集成的接口為用戶提供點到點接口 PPT (Point-to-Point Interface) 、多點接口 MPI(Multi-point Interface) 、自由通信口 3種通信方式，并提供一個 RS-485 接口與外設通信。

　為了與電廠計算機監控系統相適應，選擇自由通信口方式。

　在此方式下，通信協議和波特率可由用戶定義，并且完全可通過程序使用接收/發送中斷、接收(RCV /發送(XMT指令控制通信操作。本系統選擇 ASII 協議， PLC 把采樣到的廠用電母線上的電壓值、電流值、電度量，通過轉換指令轉換成 ASII 碼再實時傳送到上位機，同時

PLC也可把上位機有關命令（ASII碼）與預先定義好的操作碼進行比較，相符則

轉到相應的操作程序。

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 ）產品實現現場監視、操作和在線修改的功能。使用觸摸屏，可使現場操作簡單生動，還可以

【11】

減少PLC控制所需的I/O點數，降低生產成本。

3.5抗干擾設計

為了提高系統可靠性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”。系統裝置應良好接地。112】

3.6控制接線圖及軟件編程

控制接線圖如下：

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Ml；

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使用SIMATIC的編程器 PG710，用PC/PPI電纜建立通信就可以與

S7-200CPU建立在線聯系，對6KV母聯開關的備自投控制進行軟件編程，調試工

作，它采用 STEP7-Micro/Windows32軟件包，支持 32位 Windows95/98/NT/2000 環境，利用STEP7-Micro/Windows32可以建立用戶程序并把它下載到 CPU PLC 控制梯形圖【13】【141 ：

［母聯備自投PLG空制用絡1 網絡標題

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母聯備自投控制采用S7-200PLC控制后，控制線路接線簡單，維護方便，系統可靠性大大提高，動作靈敏準確，故障率低，便于進行在改造，保證了工業生產的穩定運行。

四設計總結

通過對企業供電的學習，同時結合其他學科的知識，比較單片機和可編程控制器PLC的優勢比較，由于單片機一般需要在基于嵌入式系統平臺，其中涉及通信、模擬量裝換、經過。輸入模擬信號經 A/D轉換和計算后，結合開入量信號，經過控制邏輯判斷，發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用115】。

但是由于考慮到自身學習情況，以及對于單片機和 PLC的了解程度，決定

提出母聯備自投的PLC改造。首先備自投原理簡單，自己能夠運用PLC進行實現，這樣能夠適合自己的學習和提高。其次， PLC在備自投裝置中應用廣泛。

在本次論文中遇到了很多實際性的問題，在實際設計中才發現，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節。其次，一切問題必須要靠自己一點一滴的解決，通過查文獻，上網等。

　而在解決的過程當中你會發現自己在不斷的提升。雖然感覺理論上已經掌握，但

在運用到實踐的過程中仍有意想不到的困惑，這使我學到了許多課堂上學不到的知識，也解決了課堂上理論發現不了的問題。

　這次論文也作為我今后努力學習的興趣，我想這將對我以后的學習產生積極的影響。

　同時讓我感覺到設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的幫助下終于完成了。

　雖然內容并不是很復雜，但是我覺得設計的過程相當重要，學到了很多，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用的過程，但是更遠一點可以聯系到以后畢業之后從學校轉到踏上社會的一個過程。

在此過程中，加深了對母聯備自投的認識，加強了不同領域知識的結合，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。

本次設計通過到圖書館和上網查閱相關資料，提高了自學能力，加深了對課本知識的理解，明白了母聯備自投原理以及 PLC 在母聯備自投中的作用 ,也讓我體會到自學的樂趣。

　在以后的學習和工作中，我會繼續完善自己的專業知識，積極地應用知識的融合。從而是自己的能力得到提高。