基于PLC的供配电监控系统的研究

摘要：随着综合性、多功能变电站的不断发展，对供配电系统的可靠性提出了更高的要求，本文对基于PLC的供配电监控系统的研究进行了详细的论述以及深入的探讨。

关键词：PLC；供配电；监控系统

中图分类号：X924文献标识码： A

一、供配电计算机监控系统方案设计

（一）监控系统的系统设计

监控系统采用分层分布式网络结构，分为站控层和间隔层，站控层与间隔层直接经过站控层网络连接。根据《国网公司220kV变电站典型设计》监控系统配置原则(监控层设备之间宜采用双以太网通信，间隔层设备通过网络接口与站控层通信)，计算机监控系统采用双以太网方案。

（二）控制范围及控制方式

1、控制范围：全站的断路器和电动隔离开关。

2、控制方式：采用三级控制方式，断路器分别在远方、操作员站和测控柜上控制，隔离开关分别在远方、操作员站和配电装置处控制。

（三）操作方式

1、设置操作权限；依据操作员权限的大小，规定操作员对系统及各种业务活动的使用范围。

2、操作的唯一性；在多种操作方式下，如确定一种操作方式，那就必须闭锁其它操作方式。

3、对运行人员的任何操作计算机都将做命令合法性检查和闭锁条件检查。

4、操作应按选点、校验、执行的步骤进行。

（四）供配电监控系统的参数采集

1、各主要设备的模拟量有：主变压器：各侧电流、有功功率、无功功率、线圈温度、油温；站用变压器：低压侧电流、低压侧电压；线路：电流、有功功率、无功功率：母线：电压、频率；分段/母联：电流；静态补偿装置：电流、无功功率；直流系统：蓄电池正反向电流、蓄电池电压、充电器进线电流和电压、直流母线电压、直流系统正对地电压、直流系统负对地电压。

2、各主要设备的开关量有：所有高压断路器位置(双位)；所有隔离开关(双位)、接地刀闸位置；380V断路器位置；重要的380V电动机断路器位置；直流主回路开关位置；保护动作总信号；重合闸动作信号；备自投动作信号；变电站事故总信号；就地/远方转换开关位置；断路器操动机构异常信号；控制回路断线信号；保护报警信号；保护装置故障信号；本体设备异常信号；自动装置异常信号；直流系统异常信号；火灾报警装置故障信号。

（五）系统接口设计

整个监控系统应具有如下通信接口：远动通信接口(预留接入局域网手段)；与保护装置的通信接口；与直流系统的通信接口；与电度计量装置的通信接口；与消防报警装置的通信接口；与GPS的对时接口；与视频监控系统的接口。

二、PLC的控制流程

本课题所设计的基于PLC的变电站主控楼供配电系统是通过PLC来实现对主控楼供配电系统的实时监控，主要是故障电源的自动切断、备用电源的自动投入以及故障恢复后电源的自动投入。

（一）控制要求

1、正常供电时所用电l、所用电2分别为母线I、母线H供电，中间连线断路器断开。

2、有一路母线失压，故障电源切除后中间连线断路器合闸，另一路电源为两路母线供电。若母线复压，复压母线进线断路器合闸，中间母线断开。

3、两路母线均失压，切断两路电源进线断路器后延时，自备发电机投入。有一路母线复压则复压母线进线断路器合闸，自备发电机切断。

4、备用电源自动投入的基本要求：

(1)常用电源失压或低压时，备用电源自动投入装置应先将该电路电源切除后，备用电源自动投入。

(2)常用电源切除或备用电源无电时，备用电源自动投入装置都不该动作。

(3)备用电源自动投入装置只允许动作一次。

(4)常用电源正常停电操作时，备用电源自动投入装置不应动作，以防备用电源投入。

（二）控制流程图

（三）PLC程序编制

1、首先，起动TwinCAT PLC并选择“File”“New”选项。

2、点击“Project”“Add Object”命令来建立一个POU。TwinCAT PLC自动地把这个POU定名为做IN，不能改变这个名称，也不能改变这个POU(PRG)的类型，因为每个项目需要一个名称为MAIN的程序。

3、在MAIN中，定义相关器件的地址、类型。

4、编写程序

编程组织单元(POUs)由函数，功能块和程序构成。每个POU由说明语句部分和语体组成。语体用IEC编程语言编写:指令表Instruction list(IL)，结构化文本Structured Text(ST)，功能块图Function Block Diagram(FBD)，梯形图Ladder Diagram(LD)或顺序功能流程图Sequential Function Chart(SFC)。

（1）控制程序梯形图:

在Tw1nCATPLC中我们选择用梯形图(LD一Ladder Diagram)来编制供配电系统的控制程序，它可以清晰、直观的显示被控对象的动作过程。梯形图是一种图形编程语言，类似于电路原理图。

（2）监测程序

由于供配电系统监测过程中，将会有大量电流、电压等值的数值进行计算和进制的转变，我们选择用适合应用于复杂算术计算的结构化文本(ST)来编制监测程序。

将程序写入Tw1nCATPLC中。选择“Project”子菜单中的“Build”对所编辑的程序进行编译，编译后在最下方的小画面中将会出现编译的结果:若有错误或警告会列出错误或警告的原因和地址，根据这些提示对变量的定义或梯形图进行修改，继续编译直至编译无错误。

（四）把程序下载到PLC中

l、启动系统管理器Tw1nCATSystemmanager，

2、添加I/0 Devices，选择Ethernet一Virtual Ethernet Interface(插入虚拟以太网)，如图1所示

图1插入设备

右击刚刚建立的I/O设备Device1，然后点击Scan Boxes(扫描总线端子控制器)，自动跳出连接在以太网上的总线控制器，只要选择自己需要的总线端子BC9000控制器点击确定KL1408、KL2408、KL3403、KL3403两个总线端子模块就自动出现了。

在上面的步骤中，点击Scan Boxes(扫描总线端子控制器)后，TCP/IP地址在IP地址的表页中自动生成了。

AMS(“AMS Net一ID”)地址由系统管理器自动生成。它由TCP/IP号和附加的两个字节“1”组成。该AMS地址在使用ADS协议时需要，BC9000可通过该地址存取数据。

主机名(Host name)由“BC9000”和TCP/IP的最后一个号生成。本设计的主机名是BCgO00一8。TCP/IP或UDP可以改变传送层的循环数据，即所有的数据都在系统管理器中通过ADS口300传送。为此，“IP地址”的表页被打开，然后选择TCP/IP或UDP。

3、映射变量，只要点击Actions菜单下的Generate mappings就可以，或者点击工具栏上的Generate mappings图标也可以。

4、检查组态，只要点击Actions菜单下的Cheek Configuration就可以，或者点击工具栏上的Cheek configuration图标也可以。

5、将组态写入注册表，只要点击Actions菜单下的Active configuration就可以，或者点击工具栏上的Active configuration图标也可以。右下角的组态状态(Configuration Mode)变为运行状态(Run Mode)。

图2TwinCAT系统管理器

6、点击“online”口号。选择的端口是在图4TwinCAT系统管理器菜单下的Choose Run一time System命令，选择需要的端BC9000虚拟以太网(172.16.17.8.1.1)下的Run一time(Port800)。

图4选择端口

8、把程序下载到PLC

点击“Online”菜单下的login命令或者菜单栏里的login命令图标。这个命令把系统与PLC连接起来，即可进行调试和控制。

结语

在控制系统中，PLC作为监控系统的一种现场设备，拥有出色的数据采集和可编程控制能力，以及性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。替代传统继电器的PLC控制是一种经济、可靠、实用的控制系统，不但运行简单，投资少，还可以在离线或在线的状态下随时修改程序，大幅度提高了供电可靠性。本文阐述的内容仅仅是变电所监控系统的一部分，对于实现变电所强电部分的供电监控还有较大差距，在今后的研究中，还需要不断努力，逐步改进。

参考文献：

[1]蔡小亮，罗益民，孙锋，等．基于PLC和WinCC的智能双腔监测换热器系统［J］．化工自动化及仪表，2010，37（2）：81－83．

[2]李炯.基于PLC 的供配电监控系统的设计[J].机电工程技术,2011(1).

[3]赵朝阳，史丽萍.基于PLC 的变电站监控自动化的研究与实现[J].电气应用,2006(6).