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貴陽市南供電局110kV觀水變電站是貴陽市南明區(qū)的主要供電站，變電站用配電盤運(yùn)行的穩(wěn)定可靠性直接影響到向整個區(qū)大部分的生產(chǎn)、生活供電，原用的配電盤系統(tǒng)功能簡單、自動化程度不高、控制方式落后，對供電局實(shí)現(xiàn)無人值守變電站和配網(wǎng)自動化帶來很多不變，也不能時刻保證城區(qū)電網(wǎng)供電的電源質(zhì)量。因此，2005年5月對該配電盤進(jìn)行了設(shè)備改造，改造以西門子公司的S7—200PLC做控制中心，TP270做監(jiān)控操作中心，其它配電設(shè)備和監(jiān)測設(shè)備均采用國外知名廠家產(chǎn)品。
新的配電盤通過電壓監(jiān)測模塊監(jiān)測1、2號變電站站用變壓器的供電情況，由PLC控制ATS開關(guān)（Automatic Transfer Switch）進(jìn)行自動投切和互投操作，饋線監(jiān)測模塊將饋線裝置的狀態(tài)、動作及多種電能參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，確保變電站的各輔助系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，所有裝置的操作、運(yùn)行情況和電能參數(shù)通過PLC在TP270上得以體現(xiàn)和記錄，并通過RS-485或LAN將各種信號傳送到供電調(diào)度中心和集控中心，以便及時進(jìn)行供電調(diào)度和設(shè)備檢修。
設(shè)備改造中使用了西門子公司的224XP-CPU、TP270人機(jī)界面、EM221數(shù)字量輸入模塊、EM222數(shù)字量輸出模塊和CP243-1以太網(wǎng)通訊模塊。
圖1 企業(yè)照片
圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
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名 稱 |
型 號 |
數(shù) 量 |
備 注 |
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PLC |
224XP |
1 |
AC/DC/R/Port×2 |
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DI |
EM221×8 |
4 |
DC24V |
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DO |
EM222×8 |
2 |
DC24V |
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CP |
243-1 |
1 |
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HMI |
TP270 |
1 |
10寸 |
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電壓監(jiān)測模塊 |
GKR-02 |
2 |
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多功能監(jiān)測模塊 |
DIRIS AP |
1 |
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饋線開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測模塊 |
OF |
40 |
DC24V |
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隔離開關(guān) |
CD630A |
2 |
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ATS |
MICRO |
1 |
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電動操作饋電開關(guān) |
NS200A |
2 |
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饋電開關(guān) |
NS125A |
6 |
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饋電開關(guān) |
C65/63A |
28 |
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電源模塊 |
24V/2.5A |
1 |
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編程軟件 |
MicroWin4.0 |
1 |
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編程軟件 |
ProTools/Pro6.0 |
1 |
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表1 系統(tǒng)配置表
圖3應(yīng)用中的畫面
應(yīng)用S7-200PLC升級過后的變電站站用配電盤（智能配電屏），改變了以前電能數(shù)據(jù)采集麻煩、運(yùn)行方式單一、必須現(xiàn)場手動操作等問題，現(xiàn)在除了保留必須的手動操作方式外，根據(jù)運(yùn)行方式PLC能控制ATS開關(guān)任意切換在電源I或II上運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行電源進(jìn)線失壓時，另一電源進(jìn)線能可靠自投或恢復(fù)，同時可進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，解決了目前ATS產(chǎn)品控制投切不準(zhǔn)確，操作方式單一和遠(yuǎn)程控制的問題。改造以前的配電盤上有著各種電能儀表，現(xiàn)在只需一塊多功能儀表就能完成電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率等各種電能參數(shù)的監(jiān)測、采集和數(shù)據(jù)分析，還有諧波分析、模擬量和報(bào)警輸出等功能。站用配電屏還能監(jiān)控每一饋電回路的電流和工作狀態(tài)，整個配電盤的任何一個動作、操作和故障報(bào)警都及時顯示并儲存在TP270上，通過MODBUS總線可以把這些數(shù)據(jù)傳到附近的控制中心，也可以通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳到數(shù)公里之外的調(diào)度中心，以便于進(jìn)行更好的運(yùn)行維護(hù)和管理。
在設(shè)計(jì)過程中最大的問題就是如何將智能儀表的數(shù)據(jù)通過S7-200PLC讀到TP270上。本系統(tǒng)中的智能儀表用的是MODBUS_RUT協(xié)議，只能做從站使用，也就是說S7-200PLC必須做主站去讀取儀表的數(shù)據(jù)，在現(xiàn)行的資料中只有S7--200PLC做MODBUS從站的資料，要S7-200PLC做主站就只有自己編寫用自由口做MODBUS主站的程序，由于儀表提供的數(shù)據(jù)較多且數(shù)據(jù)地址分散，再加上要求每秒刷新一次，還要做數(shù)據(jù)的CRC校驗(yàn)，編寫這樣的通訊程序是有一定難度的，如果逐一地址的編寫程序，那么程序就會過長，會影響總循環(huán)時間，不但做不到1秒鐘刷新一次，可能還會引起端口發(fā)送、接收沖突和CRC校驗(yàn)出錯，經(jīng)過反復(fù)的研究實(shí)驗(yàn)，最后在程序中采用了用計(jì)數(shù)器來輪詢地址的方法，從而減少了程序量和總循環(huán)時間。部分程序如下：（OB1主要功能為初始化端口為自由口，初始化發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)格式，設(shè)定輪詢時間，輪詢和中斷連接；SBR5和SBR6做發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的CRC校驗(yàn)，CRC檢驗(yàn)主要通過字節(jié)異或循環(huán)，移位循環(huán)和公式異或做發(fā)送數(shù)據(jù)的CRC校驗(yàn)；中斷1為接收數(shù)據(jù)；中斷2對接收CRC校驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證）
OB1
LD SM0.1 初始化端口
MOVB 16#09, SMB30
MOVB 16#9C, SMB87
MOVW +150, SMW92
MOVW +0, SMW90
MOVB 50, SMB94
LD SM0.1 初始化發(fā)送數(shù)據(jù)
MOVB 16#08, VB2100
MOVB 16#05, VB2101
MOVB 16#03, VB2102
MOVB 16#03, VB2103
MOVB 16#0, VB2104
MOVB 16#0, VB2105
MOVB 16#02, VB2106
LD SM0.1 初始化接收數(shù)據(jù)
MOVB 16#09, VB1200
MOVB 16#05, VB1201
MOVB 16#03, VB1202
MOVB 16#04, VB1203
LD SM0.0 設(shè)定輪詢時間
AN T96
TON T32, +150
LD SM0.0
A T32
TON T96, +150
LD T32
EU
LD C1
CTU C1, 16#10
LD SM0.0
AW= 16#0, C1
EU
MOVW 16#0300, VW2103 發(fā)送輪詢數(shù)據(jù)
CALL CRC:SBR5
XMT VB2100, 0
LD SM0.0
AW= 16#1, C1
EU
MOVW 16#0302, VW2103
CALL CRC:SBR5
XMT VB2100, 0
LD SM0.0
AW= 16#02, C1
EU
MOVW 16#0304, VW2103
CALL CRC:SBR5
XMT VB2100, 0
…… ……
LD SM0.7 中斷連接
ATCH INT_0:INT0, 9
ATCH INT_1:INT1, 23
ENI
SRB6(SBR5同SBR6)
LD Always_On:SM0.0 讀出數(shù)據(jù)長度 ，初始化CRC字
MOVB VB1200, VB1301
MOVW VW1300, VW1302
-I 16#02, VW1302
MOVW 16#FFFF, VW1306
MOVD &VB1200, VD1400
FOR VW1304, 16#1, VW1302
LD Always_On:SM0.0 字節(jié)異或循環(huán)
+D 16#1, VD1400
MOVB *VD1400, VB1410
XORB VB1410, VB1307
FOR VW1310, 16#1, 16#08
LD Always_On:SM0.0 移位循環(huán)
MOVW VW1306, VW1420
SRW VW1306, 1
LD SM1.1 公式異或
XORW 16#A001, VW1306
NEXT
NEXT
LD Always_On:SM0.0 CRC16字傳遞
MOVB VB1307, VB1100
MOVB VB1306, VB1101
INT1
LD Always_On:SM0.0
RCV VB2200, 0
INT2
LD SM86.7
O SM86.6
O SM86.0
CRETI
LD Always_On:SM0.0
MOVD VD2204, VD1204
LD Always_On:SM0.0
CALL CRC16:SBR6
LDW<> VW1100, VW2208
CRETI
LDW= 16#0, C1
MOVD VD2204, VD2500
LDW= 16#1, C1
MOVD VD2204, VD2504
…… ……
經(jīng)過改造的設(shè)備自2005年7月運(yùn)行以來，系統(tǒng)穩(wěn)定、功能強(qiáng)大、操作簡單，贏得了用戶的一致好評，為變電站的無人值守和變電站的安全運(yùn)行提供了有利保障。
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