PLC在變電站變壓器自動化中的實現(xiàn)畢業(yè)論文

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1、 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目： PLC在變電站變壓器自動化中的實現(xiàn) 學(xué)習(xí)中心： 年級專業(yè)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 導(dǎo)師單位： 論文完成時間： 年 月 日

2、 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 1．設(shè)計(論文)題目：PLC在變電站變壓器自動化中的實現(xiàn) 2．學(xué)生完成設(shè)計(論文)期限： 年 月 日至 年 月 日 3．設(shè)計(論文)課題要求：論文要符合專業(yè)要求，闡述明白，深入主題述寫，邏輯性思維要強，結(jié)合實際。對本設(shè)計要有全面的論證，對設(shè)計原理、計算、電路等要有一定的優(yōu)勢。如有不熟悉的知識點，向指導(dǎo)老師請教。 4．實驗（上機、調(diào)研）部分要求內(nèi)容：在規(guī)定的時間內(nèi)，利用所學(xué)的PLC編程技術(shù)和到電力拖動實驗室去設(shè)計圖形。用Microsoft word 2003排版和圖象處理軟件加工文中圖表。 5．文獻查閱要求：充分利用時間到

3、圖書館和上網(wǎng)查詢資料，保證所用資料真實可靠。不可直接引用別人資料，如引用別人資料須在后面注明出處。堅持實事求是的原則。 6．發(fā)出日期： 年 月 日 7．學(xué)員完成日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 學(xué) 生 簽 名： 摘 要 變電站自動化，也稱變電站綜合自動化，是伴隨著計算機及大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的，國際上在20世紀70年代末就研制出了實驗系統(tǒng)。到了90年代，計算機的性能也十分強大·穩(wěn)定，價格持續(xù)下降，并隨著計算機通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，變電站自動化系統(tǒng)的性能也是滿足電力系統(tǒng)運行的要求。建設(shè)和運行經(jīng)驗表明，

4、變電站自動化系統(tǒng)可帶來節(jié)省電纜、縮小控制室面積、提高監(jiān)控水平、積累運行數(shù)據(jù)和節(jié)省人力等方面的顯著效益，現(xiàn)已成為新建變電站首選的監(jiān)控模式。 本文通過對變電站自動化的描述，提出了可編程控制器PLC在變壓器自動化及變電站綜合控制的實現(xiàn)和應(yīng)用。在第二章中講述了PLC可編程變壓器自動化屏的組成及實現(xiàn)，并講述了可編程變壓器自動化的選擇和實施控制的原理。第三章提出了PLC分級遞階控制在變電站綜合控制中的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用，還講述了對通信口的設(shè)計。第四章通過對數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特點和結(jié)構(gòu)的講述，提出了變電站自動化的新發(fā)展。 通過PLC在變電站變壓器自動化中的實現(xiàn)，讓我們更精確的對它實施控制，減少了人工操作的

5、麻煩和避免了一些不必要的損失。 關(guān)鍵詞:變壓器自動化 PLC自動化屏 PLC階梯控制 ii 目 錄 摘 要 I 目 錄 II 第1章 前 言 1 第2章 PLC變壓器自動化 2 2．1 變壓器自動化的構(gòu)成方案 2 2.2 變壓器及配套設(shè)備為常規(guī)設(shè)備 3 2.3 可編程變壓器自動化屏的組成及實現(xiàn) 4 2.4 可編程變壓器自動化的選型 5 2.5 可編程變壓器自動化屏的硬件 6 2.5.1 可編程變壓器自動化的自動化監(jiān)控程序 6 2.5.2 可編程變壓器自動化與監(jiān)控主計算機串行通訊的實現(xiàn) 7 2.6 可編程變壓器自動化屏的運行 8 第3章

6、PLC分級遞階控制在變電站綜合控制中的應(yīng)用 9 3.1 PLC分極遞階控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 9 3.2 PLC分級遞階控制系統(tǒng)在變電站綜合控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 10 3.2.1 在變電站綜合控制系統(tǒng)中PLC分級遞階控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 11 3.2.2 通信口的設(shè)計 13 第4章 變電站自動化系統(tǒng)的新發(fā)展 15 4.1 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特點 15 4.1.1智能化的一次設(shè)備 15 4.1.2網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備 15 4.1.3自動化的運行管理系統(tǒng) 15 4.2 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 16 4.2.1 過程層 16 4.2.2 間隔層 17 4.2.3 站控層 18 4

7、.3 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)選型 18 4.4 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)發(fā)展中的主要問題 19 第5章 結(jié)論 20 致 謝 21 參考文獻 22 第1章 前 言 目前，已經(jīng)實際運行的綜合自動控制系統(tǒng)有：LAS系統(tǒng)、基于CAN/LON網(wǎng)的分散分布式變電站控制系統(tǒng)等，它們在實際應(yīng)用中取得了較好的成效，但也存在著技術(shù)和經(jīng)濟上的各種缺點。本文在研制智能型有載調(diào)壓變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，從變電站綜合自動化發(fā)展的大方向(即從集中控制型向分散(層)網(wǎng)絡(luò)型發(fā)展；從專用設(shè)備向平臺發(fā)展，中小變電站綜合自動化中的自動化設(shè)備有：可編程自動化監(jiān)控裝置、可編程變壓器自動化屏、可編程微機計

8、量屏、可編程微機線路保護屏、可編程微機同期系統(tǒng)、可編程中央信號屏、可編程電容屏、可編程微機直流電源系統(tǒng)等均應(yīng)用了PLC為其智能化單元，并且都能夠掛網(wǎng)運行，方便地實現(xiàn)遙信、遙測、遙控功能，取代了傳統(tǒng)的RTU。 眾所周知變電站是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，由于它擔(dān)負著電能轉(zhuǎn)換和電能重新分配的繁重任務(wù)，對電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟運行起著重要的作用。但是，現(xiàn)存的許多老式變電站由于存在安全性、可靠性不能適應(yīng)電力系統(tǒng)實時控制等一系列缺點而無法滿足電力系統(tǒng)現(xiàn)代化的各項要求。已經(jīng)實際運行的綜合自動控制系統(tǒng)有：LAS系統(tǒng)、基于CAN/LON網(wǎng)的分散分布式變電站控制系統(tǒng)等，它們在實際應(yīng)用中取得了較好的成效，但也存在著

9、技術(shù)和經(jīng)濟上的各種缺點。變電站綜合自動化包括的內(nèi)容很多，它是將變電站的二次設(shè)備(控制信號、測量保護、自動裝置及遠動裝置等)利用計算機技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)經(jīng)過功能組合和優(yōu)化設(shè)計，對變電站執(zhí)行自動監(jiān)視、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動化系統(tǒng)。以下僅以變壓器有載調(diào)壓監(jiān)控系統(tǒng)為例，說明PLC分級遞階控制這種結(jié)構(gòu)體系在變電站綜合自動控制中是有效、可行的。由PLC構(gòu)成的變壓器自動化部分在自動化變電站中的實現(xiàn)。適用于老式變電站的自動化改造及新式變電站的建設(shè)。 20 第2章 PLC變壓器自動化 2．1 變壓器自動化的構(gòu)成方案 在中小型變電站中，一臺變壓器及其配套設(shè)備一般包括：斷路器及操作單元、變壓

10、器、變壓器控制屏、避雷器、差動保護屏、變壓器接地系統(tǒng)等。下面以兩種情況分別講述變壓器的自動化構(gòu)成方案。變電站綜合自動化系統(tǒng)圖如下： 圖2-1 變電站綜合自動化系統(tǒng)圖 系統(tǒng)配置 主站：主流配置的高檔品牌工控機 通訊管理單元：MGLJ系列通訊管理機 保護監(jiān)控單元：MTPR系列變壓器主、后備保護 MLPR 系列線路、分段保護 MCPR 系列電容器保護 MBZT 系列備用電源自投 MMCU 系列測控單元 MPTS 系列電壓切換 監(jiān)控軟件：單機版WLD2100廠站監(jiān)控系統(tǒng)軟件 直流電源：WLDGZDW系列智能直流電源系統(tǒng) 2.2 變壓器及配套設(shè)備為常規(guī)設(shè)備 如果斷路器及

11、操作單元、變壓器、差動保護屏、變壓器防雷接地系統(tǒng)等均為不含智能單元及計算機接口的常規(guī)設(shè)備，那么只需將變壓器控制屏部份選用可編程（PLC）變壓器自動化屏，就能構(gòu)成比較完備的變壓器自動化系統(tǒng)。其系統(tǒng)框圖如圖2-2所示，變電站中控室內(nèi)的變壓器控制屏及其配套設(shè)備分別與可編程變壓器自動化屏通過電纜直接連接，進行信息交換。中控室或遠方的主計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過對可編程變壓器自動化屏的監(jiān)控來實現(xiàn)對變壓器的監(jiān)控，其中的信息交換由主計算機監(jiān)控系統(tǒng)中的工控機（IPC）與可編程變壓器自動化屏中的PLC通過工業(yè)現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。這種變壓器自動化系統(tǒng)一般適用于改造舊站或建設(shè)資金規(guī)模不大的自動化新站。 圖2-2 可

12、編程變壓器自動化屏與常規(guī)設(shè)備的系統(tǒng)框圖 如果斷路器及操作單元、變壓器、差動保護屏、變壓器防雷接地系統(tǒng)等均已含有智能單元及計算機接口，那么變壓器控制屏部份選用可編程（PLC）變壓器自動化屏，就可以非常方便地構(gòu)成功能強大的變壓器自動化系統(tǒng)。其系統(tǒng)框圖如圖2-3所示，變電站中控室內(nèi)的變壓器控制屏及其配套設(shè)備分別與可編程變壓器自動化屏通過工業(yè)現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡(luò)與中控室或遠方的主計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行信息交換。 圖2-3 可編程變壓器自動化屏與智能機組設(shè)備的系統(tǒng)框圖 可編程變壓器自動化屏與變壓器及配套設(shè)備之問僅有極少量的電纜連接，整個系統(tǒng)顯得非常簡單。 2.3 可編程變壓器自動化屏的組成及實現(xiàn)

13、可編程變壓器自動化屏的硬件設(shè)備一般包括：PLC，PLC輸入/輸出信號隔離繼電器，近地操作按鈕及故障事故指示燈、報警器、智能變壓器油溫度巡檢儀，智能信號測試議，小直流電源，通訊適配器等。其系統(tǒng)框圖如圖2-4。軟件主要由PLC自動化監(jiān)控程序和與監(jiān)控主計算機(上位機)的通訊程序組成。 圖2-4 可編程變壓器自動化離繼電器系統(tǒng)框圖 2.4 可編程變壓器自動化的選型 從上述的被控對象(變壓器)的電氣特性看出，這個系統(tǒng)幾乎是對開關(guān)量進行監(jiān)控。溫度模擬量及信號模擬量均有智能儀表對其監(jiān)控, 智能儀表的輸出觸點開關(guān)量進入PLC，因此PLC只需選用基本模塊及通訊模塊，而不需特殊模塊。接下來應(yīng)確定PLC

14、輸入∕ 輸出點數(shù)，統(tǒng)計可編程變壓器自動化屏對變壓器及配套設(shè)備的監(jiān)控點數(shù)，一般輸入不超過64點數(shù)，輸出不超過40點。在實際中我們選用了北京安控科技發(fā)展有限公司研制的Rock系列PLC產(chǎn)品：Rock E20系列PLC產(chǎn)品。此產(chǎn)品采用先進的16位CPU，配置嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，可實現(xiàn)采集、運算、邏輯、定時、控制、通訊等功能，其單CPU＋擴展模塊，可承載32模塊，測控500個I∕ O點。以RS485或Intranet進行本地擴展，以撥號Modem或GPRS等方式進行遠程擴展。該產(chǎn)品采用插撥方式擴展、模塊尺寸小巧，安裝使用方便、維護簡單，具有應(yīng)用靈活、安全、可靠等特點。 2.5 可編程變壓器自動

15、化屏的硬件 組成可編程變壓器自動化屏的各部件應(yīng)嚴格照按電氣規(guī)范設(shè)計、連接。此外，與PLC相連的部份應(yīng)嚴格按照PLC廠家技術(shù)要求進行設(shè)計、連接。 2.5.1 可編程變壓器自動化的自動化監(jiān)控程序 變電站的變壓器組成方式不同決定了可編程變壓器自動化屏PLC的監(jiān)控程序的不同。在此以35KV單母線、一臺主變壓器為例，其開機準備條件及開機程序如圖2-5，停機程序如圖2-6。 圖2-5 開機程序 圖2-6 停機程序圖 2.5.2 可編程變壓器自動化與監(jiān)控主計算機串行通訊的實現(xiàn) 計算機與PLC之間的通訊是通過傳送命令塊和數(shù)據(jù)塊來實現(xiàn)的，其命令塊格式如下： STX CMD DA

16、TA ETX SUM(H) SUM(L) 開始符 命令號 起始地址及字節(jié)數(shù) 結(jié)束符 檢驗（高位） 檢驗（低位） 數(shù)據(jù)塊格式如下： STX DATA ETX SUM(H) SUM(L) 開始符 起始地址及字節(jié)數(shù) 結(jié)束符 檢驗（高位） 檢驗（低位） 所有的塊均由ASCII碼組成，其格式如下： 0 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 p 1 開始位 7位數(shù)據(jù) 偶校驗 停止位 低4位 高3位 2.6 可編程變壓器自動化屏的運行 可編程變壓器自動化屏在變壓器的自動化運行中處于實時監(jiān)控的重要位置，它通過輸入∕

17、 輸出信號隔離繼電器按變電站變電設(shè)備(隔離刀閘、斷路器、電壓互感器、電流互感器、變壓器防雷接地系統(tǒng)等設(shè)備)的狀態(tài) ∕ 控制信號，可編程邏輯控制器(PLC)將上述信號按具體的自動化流程進行實時控制，并與監(jiān)控主計算機通過網(wǎng)絡(luò)傳遞數(shù)據(jù)。完成變壓器的開、停，運行維護與繼電保護（過電流保護、電流速斷保護、差動保護、瓦斯保護和過負荷保護等）。它不僅使變壓器處于閉環(huán)自動控制之中，而且使變壓器自動化與測控保護系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行，從而使整個變壓器處于最佳運行狀態(tài)。由于PLC自身的特性，每個輸入∕ 輸出信號都有指示燈，使得變電站這個信號比較分散的場所維護檢修工作變得異常容易。 第3章 PLC分級遞階控制在變

18、電站綜合控制中的應(yīng)用 3.1 PLC分極遞階控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 可編程控制器(PLC)被稱為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱(PLC、機器人和CAD/CAM)之一，具有可靠性高，易于控制，編程使用簡單，性價比高，環(huán)境適應(yīng)性強等特點，已被廣泛地應(yīng)用于控制領(lǐng)域，在變電站綜合自動控制中也已有應(yīng)用。但是PLC在數(shù)據(jù)、信息處理與圖象顯示等方面仍顯不足，還無法與計算機相比，因而未能充分發(fā)揮其強大功能，一般只是用PLC對開關(guān)量進行控制。但近年來隨著PLC通信網(wǎng)絡(luò)功能的不斷增強，已可以方便的將PLC與計算機連接。利用計算機運算速度快，信息處理方便，顯示性能高的優(yōu)點，將其作為上位機，行使管理功能，與PLC形成一個優(yōu)勢互補

19、的分級遞階控制系統(tǒng)。這樣，PLC就可以執(zhí)行復(fù)雜的控制職能，從而可以對變電站進行最優(yōu)綜合控制。 分級遞階控制思想的實質(zhì)是將一個大的控制系統(tǒng)按功能或結(jié)構(gòu)進行層次分配，將全系統(tǒng)的監(jiān)視和控制功能劃屬于不同的級別去完成，各級完成分配給它的功能，并將有關(guān)信息傳遞到上一級，接受上一級管理。綜合控制功能由最高一級決策執(zhí)行，各級的工作相互協(xié)調(diào)，力求整個控制系統(tǒng)達到最佳效果。 分級遞階控制依據(jù)“層次越高，智能越高，控制精度越低；層次越低，智能越低，控制精度越高”的擬人的原則進行設(shè)計。基于PLC的分級遞階控制系統(tǒng)共分為三級：組織級、監(jiān)控/協(xié)調(diào)級和執(zhí)行級。 (1)組織級(Organization Level

20、)這是整個系統(tǒng)的最高級，其智能程度最高，執(zhí)行組織管理決策的智能，對下進行指導(dǎo)和監(jiān)控。該級對上通過人機接口與管理人員進行友善的人機對話，執(zhí)行管理決策的職能。對下監(jiān)視、指導(dǎo)協(xié)調(diào)級的所有行為。其智能程度最高，但精度不高，宜粗不宜細，以便進行宏觀指導(dǎo)。該級還可以根據(jù)實際生產(chǎn)過程和環(huán)境等信息，采用人—機結(jié)合的方式自動或半自動的提出合理的控制目標或指標，形成相應(yīng)的命令或任務(wù)向低層下達。這部分通常由高功能的計算機來完成。 (2)監(jiān)控/協(xié)調(diào)級(Coordination Level)該級主要根據(jù)組織級的命令協(xié)調(diào)下位PLC的運行，避免下位PLC發(fā)生沖突，并將下位PLC的信息傳輸?shù)缴衔挥嬎銠C。監(jiān)控/協(xié)調(diào)機既可

21、以是工業(yè)控制計算機也可以是主PLC或PLC終端，可根據(jù)控制要求進行選擇。 (3)執(zhí)行級(Executive Level)這是控制系統(tǒng)的最低級，執(zhí)行現(xiàn)場控制功能，是自動控制系統(tǒng)中控制的關(guān)鍵級。該級智能最低，但可靠性、控制精度和實時性要求最高，因而PLC正是最佳選擇。同時，該級的PLC可通過現(xiàn)場總線與上位的監(jiān)控協(xié)調(diào)級連接進行實時的在線控制和協(xié)調(diào)?，F(xiàn)場總線技術(shù)一般采用塌陷結(jié)構(gòu)，使用開放系統(tǒng)互連(OSI)參考模型的低層協(xié)議，因而結(jié)構(gòu)簡單，實時性強 。 上述結(jié)構(gòu)，利用計算機運算速度快，信息處理功能強大的優(yōu)勢，使計算機集中管理各控制子系統(tǒng)，對現(xiàn)場信息進行綜合處理，給出最優(yōu)解決方案。同時，控制級計算機

22、可以通過局域網(wǎng)與其它計算機相連，既可以實現(xiàn)資源共享，又可以使不同系統(tǒng)在統(tǒng)一調(diào)度下，協(xié)調(diào)工作，減少資源浪費。下位PLC或遠程工作站分散后進行連網(wǎng)，這樣，執(zhí)行級各控制器件就可在現(xiàn)場實現(xiàn)分散控制，并通過網(wǎng)絡(luò)將信息傳遞到上位控制機，使上位機進行集中管理。即使下位PLC或遠程工作站個別設(shè)備出現(xiàn)故障，也不會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的癱瘓，整體性能好，運行可靠。 3.2 PLC分級遞階控制系統(tǒng)在變電站綜合控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 當(dāng)前，已有變電站將PLC引入控制系統(tǒng)中，但是僅僅利用PLC對開關(guān)量進行控制，如對有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)的調(diào)節(jié)，并聯(lián)補償電容器的投切等。遠沒有充分發(fā)揮PLC的強大功能。 3.2.1 在變電站綜合控

23、制系統(tǒng)中PLC分級遞階控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 利用本文上面提到的分級遞階控制結(jié)構(gòu)，我們可以按照三級機構(gòu)設(shè)計變電站綜合控制系統(tǒng)。 (1)組織級的設(shè)計 組織級是本系統(tǒng)的最高級，承擔(dān)著最優(yōu)決策的功能。當(dāng)前變電站綜合控制大部分仍是按照傳統(tǒng)的九區(qū)控制方法，利用電壓和無功功率雙參數(shù)將變電站運行狀態(tài)分為九個區(qū)，根據(jù)各個區(qū)所對應(yīng)的控制方案進行調(diào)節(jié)。但是，在該控制系統(tǒng)中，無功調(diào)節(jié)判據(jù)是一個與電壓無關(guān)的平行于電壓坐標軸的固定邊界，沒有充分考慮無功調(diào)節(jié)與電壓調(diào)節(jié)相互間的協(xié)調(diào)關(guān)系。根據(jù)“保證電壓合格，無功基本平衡，盡量減少調(diào)節(jié)次數(shù)”的變電站電壓和無功綜合調(diào)節(jié)的基本原則，無功調(diào)節(jié)邊界應(yīng)當(dāng)是一個受電壓狀態(tài)影響，且在一定范

24、圍內(nèi)服務(wù)于電壓調(diào)節(jié)的模糊邊界。因此，我們對傳統(tǒng)的控制策略也作了改進，引入了無功調(diào)節(jié)判據(jù),提出了模糊邊界的無功調(diào)節(jié)。基于電壓與無功的相互影響,對電容器組的投切判據(jù)建立如下數(shù)學(xué)模。 式中：U0為標準電壓；Q0為每組電容器的容量；U為電壓實時值；Q為實時功率值；α1，α2為權(quán)重系數(shù)。 根據(jù)上面推導(dǎo)出的數(shù)學(xué)模型，可以得到修正后的電壓無功雙參數(shù)調(diào)節(jié)的模糊邊界,如圖3-2所示。 圖3-2 修正后的電壓一無功調(diào)節(jié)的邊界圖 我們利用計算機進行模糊推理，得到最優(yōu)控制策略，形成控制規(guī)則表，將其傳遞到下級進行協(xié)調(diào)控制。同時該級為操作人員提供了良好的人機界面，將電壓、電流、有功、無功等信息以曲線圖

25、、柱狀圖等形式實時反映出來，并且在出現(xiàn)異常情況時可進行聲光報警，使操作人員可以及時全面的了解系統(tǒng)運行情況，并可對生產(chǎn)過程進行調(diào)節(jié)和控制。該級計算機裝有專家知識庫，在變電站內(nèi)出現(xiàn)故障時，可在專家系統(tǒng)的引導(dǎo)下，盡快解除故障。定時召喚打印功能和無人抄表功能可以方便的使變電站綜合控制實現(xiàn)無人職守。根據(jù)各變電站的實際運行情況和不同時段的電壓、無功波動情況，還可以通過控制級計算機設(shè)定電壓整定值和靈敏度參數(shù)，而且根據(jù)控制要求還可以由功能按鈕直接對有載調(diào)壓變壓器的分接頭和補償電容進行控制，以進一步增加控制的靈活性。 該級的計算機還可以通過Ethernet、ARCNET等局域網(wǎng)進行聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息共享，對某一區(qū)

26、域進行綜合控制，這樣既可以從整體上進行控制，更有利于提高整個地區(qū)的供電質(zhì)量，還可以減少資源的浪費。 (2)監(jiān)控/協(xié)調(diào)級的設(shè)計 該級的主要功能是完成組織級下達的命令，負責(zé)執(zhí)行級PLC的協(xié)調(diào)工作。該級可由計算機或主PLC構(gòu)成，隨著PLC性能價格比的不斷提高，一般變電站的監(jiān)控/協(xié)調(diào)級都可由主PLC承擔(dān)。在變電站中，多變壓器的同步調(diào)節(jié)主要由該級負責(zé)，同時它還負責(zé)執(zhí)行級現(xiàn)場信息的傳輸，在整個分級遞階控制中起著橋梁作用。 在小型的變電站中，為了節(jié)省投資，也可以將組織級和監(jiān)控/協(xié)調(diào)級集成在一個高性能的計算機中。 (3)執(zhí)行級的設(shè)計 執(zhí)行級的智能程度最低，但控制精度和實時性要求最高。由于變電站電

27、磁干擾嚴重，常規(guī)的控制器件難以達到精確控制，因而可靠性高、實時性好、性能價格比高的PLC是最佳選擇。由于PLC與計算機聯(lián)網(wǎng)，可以將最優(yōu)控制結(jié)果下載到PLC，利用PLC實現(xiàn)各種最優(yōu)控制。對于主要器件如主變壓器，可以采用PLC的冗余技術(shù)更進一步提高可靠性。所謂PLC冗余技術(shù)即正常運行時，一臺PLC作為主PLC進行控制，其它的PLC作為備用，監(jiān)視系統(tǒng)運行。當(dāng)主PLC發(fā)生故障時，由PLC協(xié)調(diào)器件指定另外一臺PLC作為主PLC，控制系統(tǒng)運行，將有故障的PLC換下維修。由于PLC發(fā)生故障的幾率十分小，采用冗余技術(shù)后的故障率幾乎為零。 現(xiàn)在的PLC大多提供了現(xiàn)場總線技術(shù)，利用組態(tài)軟件可以方便的將現(xiàn)場的多臺

28、PLC組成現(xiàn)場總線局域網(wǎng)?，F(xiàn)場總線采用開放式的標準總線結(jié)構(gòu)，可以十分方便的將分散的智能化設(shè)備連接起來，有利于徹底的實現(xiàn)分布式控制，而且有利于各臺PLC的協(xié)調(diào)動作，提高了系統(tǒng)的可靠性。 3.2.2 通信口的設(shè)計 C系列的C200H配有HOST LINK通信模塊，對上可與計算機通信，進行組網(wǎng)連接；對下可通過RS-232、RS-485等實現(xiàn)近程或遠程的通信，實現(xiàn)對生產(chǎn)線各個監(jiān)控點的監(jiān)控。本系統(tǒng)中鏈接的PLC不多，故可采用“輪詢”式的工作方式，依次對鏈接的PLC進行數(shù)據(jù)傳輸。上位機對來自現(xiàn)場的數(shù)據(jù)經(jīng)特征識別、分析判斷后，針對不同的狀態(tài)，再經(jīng)過通信口給下級下達命令。操作人員還可經(jīng)PLC終端對PLC的

29、工作進行可視性監(jiān)控，通過觸摸屏開關(guān)下達命令。因此整個系統(tǒng)運行的正常與否和通信口的設(shè)計關(guān)系極大。為保證通信暢通可靠，在編制程序時應(yīng)注意以下幾點： (1)波特率的設(shè)定應(yīng)與HOST LINK單元的SW3的設(shè)置保持一致； (2)為保證傳輸可靠，對指令幀每一字符進行“異或”邏輯運算，形成通信指令檢驗的FCS碼； (3)對由HOST LINK單元返回的響應(yīng)幀在判讀其相應(yīng)位為“00”后處理，若FCS校驗錯或響應(yīng)幀相應(yīng)位不為“00”，顯示錯誤信息，重新發(fā)送指令。基于PLC分級遞階控制的變電站綜合自動控制系統(tǒng)既吸取了集散控制系統(tǒng)“信息集中，控制分散”的優(yōu)勢，又保留了PLC所固有的可靠性、靈活性及性能

30、價格比高的優(yōu)點，同時大大降低了傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)的成本，提高了系統(tǒng)性能，以最低成本來完成高技術(shù)的自動化。 該控制系統(tǒng)各級之間既有分工又有聯(lián)系，協(xié)調(diào)工作。同時按照現(xiàn)場實際控制需要，將執(zhí)行級的PLC采用分散控制結(jié)構(gòu)，將各個PLC分散后進行聯(lián)網(wǎng)，一方面可將變電站的全部信息通過網(wǎng)絡(luò)傳至組織級計算機以實現(xiàn)信息集中管理，另一方面可避免因個別設(shè)備出現(xiàn)故障而造成整個系統(tǒng)的癱瘓，提高了可靠性。 由于控制系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)形式，各變電站可依據(jù)自己的需要選擇不同數(shù)量、不同規(guī)格的PLC模塊，整個系統(tǒng)采用分級分散的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，使增加或去除某些單元不會影響整個系統(tǒng)的功能。同時，PLC可以實現(xiàn)在線編程，根據(jù)不同的需要對

31、設(shè)定值進行整定，而不需要改變整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，因而大大提高了系統(tǒng)的靈活性。 第4章 變電站自動化系統(tǒng)的新發(fā)展 4.1 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特點 4.1.1智能化的一次設(shè)備 一次設(shè)備被檢測的信號回路和被控制的操作驅(qū)動回路采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計，簡化了常規(guī)機電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)，數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。換言之，變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規(guī)的強電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。 4.1.2網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備 變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控

32、制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置等全部基于標準化、模塊化的微處理機設(shè)計制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。 4.1.3自動化的運行管理系統(tǒng) 變電站運行管理自動化系統(tǒng)應(yīng)包括電力生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計無紙化；數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動化；變電站運行發(fā)生故障時能即時提供故障分析報告，指出故障原因，提出故障處理意見；系統(tǒng)能自動發(fā)出變電站設(shè)備檢修報告，即常規(guī)的變電站設(shè)備“定期檢修”改變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”。 4.2 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 在

33、變電站自動化領(lǐng)域中，智能化電氣的發(fā)展，特別是智能開關(guān)、光電式互感器機電一體化設(shè)備的出現(xiàn)，變電站自動化技術(shù)進入了數(shù)字化的新階段。在高壓和超高壓變電站中，保護裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元，如A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等將割列出來作為智能化一次設(shè)備的一部分。反言之，智能化一次設(shè)備的數(shù)字化傳感器、數(shù)字化控制回路代替了常規(guī)繼電保護裝置、測控等裝置的I/O部分；而在中低壓變電站則將保護、監(jiān)控裝置小型化、緊湊化，完整地安裝在開關(guān)柜上，實現(xiàn)了變電站機電一體化設(shè)計。 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備；在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個層次

34、，根據(jù)IEC6185A通信協(xié)議草案定義，這三個層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。 4.2.1 過程層 過程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，或者說過程層是指智能化電氣設(shè)備的智能化部分。 過程層的主要功能分三類： （1）電力運行實時的電氣量檢測； （2）運行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)檢測； （3）操作控制執(zhí)行與驅(qū)動。 1、電力運行的實時電氣量檢測。 與傳統(tǒng)的功能一樣，主要是電流、電壓、相位以及諧波分量的檢測，其他電氣量如有功、無功、電能量可通過間隔層的設(shè)備運算得出。與常規(guī)方式相比所不同的是傳統(tǒng)的電磁式電流互感器、電壓互感器被光電電流互感器、光電電壓互感器取代；采集傳統(tǒng)模擬量被直接

35、采集數(shù)字量所取代，這樣做的優(yōu)點是抗干擾性能強，絕緣和抗飽和特性好，開關(guān)裝置實現(xiàn)了小型化、緊湊化。 2、運行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)在線檢測與統(tǒng)計。 變電站需要進行狀態(tài)參數(shù)檢測的設(shè)備主要有變壓器、斷路器、刀閘、母線、電容器、電抗器以及直流電源系統(tǒng)。在線檢測的內(nèi)容主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機械特性以及工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。 3、操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動。 操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動包括變壓器分接頭調(diào)節(jié)控制，電容、電抗器投切控制，斷路器、刀閘合分控制，直流電源充放電控制。過程層的控制執(zhí)行與驅(qū)動大部分是被動的，即按上層控制指令而動作，比如接到間隔層保護裝置的跳閘指令、電壓無功控制的投切命令、對斷路器的遙控開合命令等

36、。在執(zhí)行控制命令時具有智能性，能判別命令的真?zhèn)渭捌浜侠硇?，還能對即將進行的動作精度進行控制，能使斷路器定相合閘，選相分閘，在選定的相角下實現(xiàn)斷路器的關(guān)合和開斷，要求操作時間限制在規(guī)定的參數(shù)內(nèi)。又例如對真空開關(guān)的同步操作要求能做到開關(guān)觸頭在零電壓時關(guān)合，在零電流時分斷等。 4.2.2 間隔層 間隔層設(shè)備的主要功能是： （1）匯總本間隔過程層實時數(shù)據(jù)信息； （2）實施對一次設(shè)備保護控制功能； （3）實施本間隔操作閉鎖功能； （4）實施操作同期及其他控制功能； （5）對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計運算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制； （6）承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及站控層的網(wǎng)

37、絡(luò)通信功能。 必要時，上下網(wǎng)絡(luò)接口具備雙口全雙工方式，以提高信息通道的冗余度，保證網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。 4.2.3 站控層 站控層的主要任務(wù)是： （1）通過兩級高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)镜膶崟r數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實時數(shù)據(jù)庫，按時登錄歷史數(shù)據(jù)庫； （2）按既定規(guī)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送向調(diào)度或控制中心； （3）接收調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過程層執(zhí)行； （4）具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能； （5）具有（或備有）站內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控，人機聯(lián)系功能，如顯示、操作、打印、報警，甚至圖像，聲音等多媒體功能； （6）具有對間隔層、過程層諸設(shè)備的在線維護、在線組態(tài)，在線修改參數(shù)的功能； （7）具

38、有（或備有）變電站故障自動分析和操作培訓(xùn)功能。 4.3 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)選型 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的命脈，它的可靠性與信息傳輸?shù)目焖傩詻Q定了系統(tǒng)的可用性。常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)中單套保護裝置的信息采集與保護算法的運行一般是在同一個CPU控制下進行的，使得同步采樣、A/D轉(zhuǎn)換，運算、輸出控制命令整個流程快速，簡捷，而全數(shù)字化的系統(tǒng)中信息的采樣、保護算法與控制命令的形成是由網(wǎng)絡(luò)上多個CPU協(xié)同完成的，如何控制好采樣的同步和保護命令的快速輸出是一個復(fù)雜問題，其最基本的條件是網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性，關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通信速度的提高和合適的通信協(xié)議的制定。 如果采用通常的現(xiàn)場總線技術(shù)可能

39、不能勝任數(shù)字化變電站自動化的技術(shù)要求。目前以太網(wǎng)（ethernet）異軍突起，已經(jīng)進入工業(yè)自動化過程控制領(lǐng)域，固化OSI七層協(xié)議，速率達到100MHz的嵌入式以太網(wǎng)控制與接口芯片已大量出現(xiàn)，數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的兩級網(wǎng)絡(luò)全部采用100MHz以太網(wǎng)技術(shù)是可行的。 4.4 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)發(fā)展中的主要問題 在三個層次中，數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的研究正在自下而上逐步發(fā)展。目前研究的主要內(nèi)容集中在過程層方面，諸如智能化開關(guān)設(shè)備、光電互感器、狀態(tài)檢測等技術(shù)與設(shè)備的研究開發(fā)。國外已有一定的成熟經(jīng)驗，國內(nèi)的大專院校、科研院所以及有關(guān)廠家都投入了相當(dāng)?shù)娜肆M行開發(fā)研究，并且在某些方面取得了實質(zhì)性的

40、進展。但歸納起來，目前主要存在的問題是： （1）研究開發(fā)過程中專業(yè)協(xié)作需要加強，比如智能化電器的研究至少存在機、電、光三個專業(yè)協(xié)同攻關(guān)； （2）材料器件方面的缺陷及改進； （3）試驗設(shè)備、測試方法、檢驗標準，特別是EMC（電磁干擾與兼容）控制與試驗還是薄弱環(huán)節(jié)。 第5章 結(jié)論 總的來說，PLC分級遞階控制的先進思想引入變電站綜合控制中，提出了一種先進、可靠、有較高性能價格比的變電站綜合自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。其基本思想是：通過通信網(wǎng)絡(luò)將PLC可靠性高、靈活性好、性能價格比高的優(yōu)勢與計算機信息處理快、顯示性能強的優(yōu)勢相結(jié)合，實現(xiàn)了變電站“管理集中，控制分散”的集散式控制。同時

41、，將模糊控制與專家系統(tǒng)等智能技術(shù)引入變電站綜合控制，可以有效減少分接頭和補償電容器的動作次數(shù)，減少變壓器故障，提高電壓質(zhì)量。對于這些問題發(fā)現(xiàn)其處理故障十分容易，既縮短了停電維護時間、運行維護費用又很低。運行中發(fā)生諸如變壓器的瓦斯繼電器觸點進水短路、中控室各接觸器電觸點斷線、變壓器控制回路等故障均能及時發(fā)現(xiàn)、報警與自動進入其處理程序，并能在監(jiān)控主計算機上集中監(jiān)視。用PLC構(gòu)成的應(yīng)用環(huán)境，可以構(gòu)成滿足不同用戶或同一用戶不同時期對系統(tǒng)的需求，改變系統(tǒng)的組織方式只需重新輸入PLC監(jiān)控程序即可，數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)的特征、結(jié)構(gòu)及其發(fā)展。數(shù)字化變電站自動化是一個系統(tǒng)工程，要實現(xiàn)全部數(shù)字化變電站自動化

42、的功能，還有許多技術(shù)問題需要攻關(guān)解決。PLC自身具備的計算機、電子、網(wǎng)絡(luò)通訊等特性，使PLC在變電站綜合自動化中得到了廣泛的應(yīng)用。 致 謝 經(jīng)過多日的努力奮斗，畢業(yè)設(shè)計終于順利的完成。從剛開始接受課題到完成論文，這期間凝結(jié)了各位老師的心血，許多時候你們不辭勞苦，陪著我們鉆研課題，講解難處，無半句怨言，在此我深深的感謝你們。特別是我的指導(dǎo)老師感謝你給予的熱忱指導(dǎo)提出的寶貴意見，幫助我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計。在此衷心的祝愿老師們工作順利，身體健康！ 另外，還要感謝我們同組成員以及給予我?guī)椭耐瑢W(xué)們，這次論文順利的完成與你們的熱忱幫助密不可分。真誠的祝愿大家前程似錦，一帆風(fēng)順！

43、參考文獻 [1]郭宗仁等.可編程序控制器及其通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù).北京：人民郵電出版社，1995 [2]張乃堯，閻平凡等.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制.北京：清華大學(xué)出版社，1998 [3]盛壽麟等.電力系統(tǒng)遠程監(jiān)控原理.北京：中國電力出版社，1998 [4]楊士元 可編程序控制器編程應(yīng)用和維修 清華大學(xué)出版社 1995 [5]Rock E20系列PLC產(chǎn)品 北京安控科技發(fā)展有限公司 2004 [6]35KV變電站設(shè)計圖集 李文東 1998 [7]楊奇遜.變電站綜合自動化技術(shù)發(fā)展趨勢.電力系統(tǒng)自動化，1995 [8]王海猷，賀仁睦.變電站綜合自動化監(jiān)控主站的系統(tǒng)資源平衡.電網(wǎng)技術(shù)，1999