PLC在变电所备用电源的应用.doc

PLCPLC 在变电所备用电源的应用在变电所备用电源的应用 内容提要 内容提要 随着计算机在社会领域的渗透 PLC 的技术正在不断地走向深入 同时带动传统控制检 测日新月益更新 本论文基于 PLC 在国内外钢铁 石油 化工 电力 建材 机械制造 汽车 及各 个领域需求 解决了许多难题 系统设置 可靠性高 抗干扰能力强 在实时检测和自动控制的 PLC 应用系统中 PLC 往往是作为一个核心部件来使用 仅 PLC 方面知 识是不够的 还应根据具体硬件结构 以及针对具体应用对象特点的软件结合 以作完善 本文介绍 了以 S7 200PLC 为核心 对某供电局 110KV 电网 一线两站 的备用电源自动投入装置 简称备自投 进行了控制的应用及备自投装置动作程序和实现的功能 简述了 S7 200PLC 的性能特点 详细阐述了 备用电源自动投入装置的实现 关键词关键词 PLC 一线两站 备用电源自动投入 目 录 引 言 1 1 第一章 硬件电路设计 2 2 1 1 总体设计 2 1 1 1 系统实现功能 2 1 1 2 性能参数 3 1 1 3 系统整体布局 3 1 1 4 PLC 应用中注意问题 3 1 2 PLC 简介 3 1 2 1 可编程控制器简介 3 1 2 2 可编程控制器与其他工业控制系统的比较 4 1 2 3 继电器控制 5 1 3 电气主接线图 5 第二章 备自投的基本要求及动作程序 6 2 1 备自投的基本要求 6 2 1 1 备自投的基本要求 6 2 2 备自投的动作程序 7 2 3 PLC 主要抗干扰措施 9 第三章 PLC 系统配置及程序设计 9 3 1 PLC 的系统配置 9 3 2 程序设计 10 结 论 1212 致 谢 1313 第 1 页 引 言 PLC作为一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统 性能稳定 抗干扰性能强 系统 的设计 工作量小 维护方便 容易改造 设计配置灵活 等特点 今天的PLC在处理模 拟量 数字运算 人机接口和网络的各方面能力都已大幅度提高 成为工业控制领域的主 流控制设备 在各行各业发挥着越来越大的作用 第 2 页 第一章 硬件电路设计 1 1 总体设计 1 1 11 1 1 系统实现功能系统实现功能 1 正常运行时 G 变电所由 WL1 线路供电 H 变电所由 WL2 线路供电 互为暗备用 2 当任一线路因故障跳闸 首先相应的重合闸装置动作 如重合闸成功 备自投不动 作 如不成功 则备自投装置动作 恢复供电 1 1 21 1 2 性能参数性能参数 1 动作可靠性 2 动作时间的设定 3 PLC 动态响应参数 4 PLC 静态响应参数 1 1 31 1 3 系统整体布局系统整体布局 系统采用单母线 双回路供电方式对某重要用户供电 两变电所同时向用户供电 正 常运行时各自独立运行 互为暗备用 采用 PLC 的优点是电路简洁 外围元件少 控制 精确 可靠性高 1 1 41 1 4 PLCPLC 应用中注意问题应用中注意问题 1 工作环境 2 控制系统中干扰及其来源 3 主要抗干扰措施 1 21 2 PLCPLC 简介 1 2 11 2 1 可编程控制器简介可编程控制器简介 自从 1969 年美国研制出世界上第一台 PLC 以后 日本 德国 法国等国相继研制了 各自的 PLC 受到工业界的重视 20 世纪 70 年代中期 可编程控制器进入了实用化阶段 在 PLC 中全面引入微计算机技术 使 PLC 产生了飞跃 功能日趋完善 在逻辑运算功能的 基础上 增加了数值运算 PID 调节等功能 提高了运算速度 PLC 的小型化 价格低 高可靠性 确定了它在现代工业中的位置 20 世纪 70 年代末和 80 年代初 可编程控制 器进入了成熟阶段 向大规模 高速度 高性能方向发展 形成了多种系列化产品 编程 语言也发展成熟 我国在 20 世纪 70 年代末和 80 年代初开始引进 PLC 到 80 年代中期 PLC 已广泛应 第 3 页 用于冶金 化工 机械等工业部门 我国早期独立研制并有地定影响的单位有北京机械工 业自动化研究所 上海工业自动化仪表研究所 大连组合机床研究所 成都要 机械机床 电器研究所 中科院北京计算所及自动化所 长春一汽 上海起重电器厂 上海香机电公 司 上海自力电子设备厂等单位 但是以上诸单位都没有形成规模化生产 随着改革环节 放 涌现出的生产 PLC 的厂家有 辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产 S5 101U S5 115 系列 PLC 中美合资的厦门 A B 公司生产的 PLC 2 PLC 5 等系列 PLC 据有 关资料统计 1996 年 国内销售 9 万台 套 PLC 其中进口 8 万台 套 各大厂家所 占的份额如下 1 西门子 20 83 2 莫迪康 施耐德 A B 罗克韦尔 欧姆龙 各 14 58 3 三菱 8 33 4 通用电气 6 25 5 富士电机 4 17 6 其他品牌 4 16 1 2 21 2 2 可编程控制器与其他工业控制系统的比较可编程控制器与其他工业控制系统的比较 基于微处理器的工业控制系统目前广泛应用的工业控制系统主要有 常规集散控制系统 distributed control system DCS 可编程控制器 PLC 构成的控制系统 工控计算机 industrial personal computer IPC 1 集散控制系统 DCS 是由回路仪表控制系统发展而来 在模 量处理 回路调节方在具有一定优势 自 1975 年 HENEWELL 公司推出第一台 DCS 后 目前有近百家厂商生产 DCS 约有一万套 DCS 在运行 DCS 已成为大 型电厂自动控制的重要手段 但是 DCS 作为生产过程的控制手 段也在发生变化 1 DCS 将变处更有较 不受功能或范围的限制 与自动化信息系统紧密结合 成 为整个信息系统的一部分 2 为使多种计算机系统互联和通信 实现机间通信协议标准化 数据信息和资源 共享 DCS 彩开放式工业计算机系统 构成网络系统 实现分级控制功能 2 可编程控制器控制系统 第 4 页 PLC 是由继电器逻辑控制系统发展而来 它在数字处理 须序控制方面具有优势 PLC 是为间歇生产和机械加工而一种专用计算机 PLC 可采用 BSDLC 语言 C 语言 符合 逻辑流程和梯形图编程 具有复杂的数学运算 数据处理 统计报表 PLD 控制及处理模 量等功能 其是其性能价格比很好因此 PLC 已成为工业控制的主要组成部分 1 PLC 吸收 DCS 的优点 在算法上增加了模量运算 PLC 运算 累积加法运算和电机 算法运算 同时还增加了各种模量模块及相应的补尝 滤波 校正 报警等功能 2 PLC 的结构向网络化方向发展 PLC 的站间形成了网络 加增强了通信 可由主站 协调各子站进行操作管理和 CRT 集中监视 1 2 31 2 3 继电器控制继电器控制 PLC 的梯形图与继电器控制线路图十分相似 主要原因是 PLC 梯形图的标注大致上沿 用了继电器控制的电器元件符号 仅个别处有些不同 同时 信号的输入 输出形式及控 制功能也是相同的 但 PLC 的控制与继电器的控制又有不同之处 主要表现在以下几个方 面 1 控制逻辑 继电器控制逻辑采用硬接线逻辑 利用继电器机械触点的串联与并联 及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑 其接线多而复杂 体积大 功耗大 一旦系 统构成后 想再改变或增加功能都很困难 另外 继电器触点数目有限灵活性和扩展性很 差 2 工作方式 当电源接通时 继电器控制线路中各继电器都处于受约状态 既该吸 合的都应吸合 不该吸合的都应受某种条件限制不能吸合 而在 PLC 的控制逻辑中 各继 电器都处于周期性循环扫描接通之中 从宏观上看 每个继电器受制约接通的时间是短暂 的 3 控制速度 继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制 工作频率低 角点的 开闭动作一般在几十毫米数量级 另外 机械触点还会出现抖动问题 而 PLC 是由程序指 令控制半导体电阻来实现控制 速度极快 一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级 PLC 内部还有严格的同步 不会出现抖动问题 4 可靠性和可维护性 继电器控制逻辑使用了大量的机械触点 连线也多 触点开 闭合时会受到电弧的损坏 并有机械磨损 寿命短 因此可靠性和可维护性差 而 PLC 采 用微电子技术 大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成 它体积小 寿命长 可靠 性高 PLC 还配有自检和监督功能 能 检查出自身的故障 并随时显示给操作人员 还 第 5 页 能动态的监视控制程序情况 为现场调试和维护提供了方便 1 3 电气主接线图 中低压电网的供电系统中较广泛地采用了闭环设计 开环运行的方式 某供电局 110KV 电网正常运行时 一个变电所 简称 G 所 由 WL1 线路供电 另一个变电所 简称 H 所 由 WL2 线路供电 两所通过 CD 线路实现相互为暗备用的供电结构 在正常运行时 由 CD 线路同时为 G 所和 H 所充当备用电源 当其中任意一个变电站失电时 均可通过 CD 线路自动恢复对失电变电站的供电 电气主接线如图 1 1 所示 图 1 1 电气主接线 第 6 页 第二章 备自投的基本要求及动作程序 2 1 备自投的基本要求 2 1 1 1 1 备自投的基本要求备自投的基本要求 正常运行时 G 变电所由 WL1 线路供电 H 变电所由 WL2 线路供电 G 变电所与 H 变 电所独立运行 CD 线路中的断路器 QF3 处于热备用状态 QF3 为分闸状态 开环点是在 G 所中的断路器 QF3 QF4 断路器处于运行状态 故 CD 线路有电压 断路器 QF1 QF2 QF4 QF5 QF6 均在合闸状态 线路 WL1 或线路 WL2 失电时 备自投装置先切除 WL1 线路 或 WL2 线路 的电源 经 过一定延时后合 QF3 断路器 当 CD 线路发生永久性故障时 变电所 H 的断路器 QF4 保护动作 切除故障 H 变电站的 备自投不动作 当 WL1 CD WL2 中任何一条线路发生瞬时性故障时 该线路保护动作切除故障后 自动重合闸并动作 若重合闸成功 备自投不动作 若重合闸不成功 则相应的备自投装 置动作 自动恢复对失电变电站的供电 为了防止备用自动投入装置再次投入故障线路中 G 变电所的备用电源只能动作一次 H 变电所的备自投不动作 备用电源自动投入装置的动作时间与线路保护动作时间相配合 应躲过线路保护动作 时间和重合闸时间 2 2 备自投的动作程序 正常情况下 变电所 G 与 H 为开环运行 且互为暗备用 其电压互感器 简称 PT 二次侧 接线如图 2 1 所示 回路控制原理如图 2 2 示 第 7 页 图 2 1PT 回路接线 图 2 2 二次回路控制原理 当线路 CD 作 G 变电站的备用电源时 二次回路 1ZK 为接通装态 2ZK 为断开状态 WL1 在运行状态 QF3 为热备用 QF4 为运行状态 CD 线路有电压 若 WL1 失压时 I 段母线失压 G 变电所无压 低压继电器 IYJ 2YJ 3YJ 4YJ 启动 其常闭触点闭合 由于线路 CD 有压 第 8 页 6YJ 的常开触点在闭合位置 通过回路 A 时间继电器 1ST 瞬时动作常开触点闭合 使跳闸 回路 B 导通 跳闸继电器 1TJ 动作 跳开断路器 QF1 同时 1SJ 的延时闭合的常开触点经 过一定延时 通过回路 C 使合闸继电器 1HJ 动作 合上断路器 QF3 完成备用电源 CD 向 G 变电所供电 当线路 CD 作 H 变电器的备用电源时 WL2 在运行时状态 QF3 为热备用 QF4 为运行状态 CD 线路有电压 若 WL2 失压时 H 变电所无压 根据 2 的 H 变电站备自投动作断开断路器 QF6 同时 CD 线路有无压 此时变电站 G 的备自投二次回路监视 CD 线路的电压继电器 6YJ 返回 其常闭触点闭合 3YJ 4YJ 的常开触点处于闭合状态 通过回路 G 时间继电器 3SJ 动作 然后通过 h 回路使合闸继电器 1HJ 动作 合上断路器 QF3 完成 CD 向 H 变电站自动 供电 当线路 CD 发生永久性故障时 变电所 H 的断路器 QF4 线路保护动作 重合闸动作后复 跳 此时 线路 CD 失压 变电所 H 的备自投入不动作 变电所 G 的备自投动作自动合上 断路器 QF3 由于线路故障未消除 变电所 G 的断路器 QF3 线路保护跳开断路器 QF3 QF3 重合闸闭锁不重合 同时 C 线路保护出口继电器 BCJ 的一对接点引入备自投回路 通过 回路 I 中间继电器 ZJ 动作并自保持 其常闭触点断开 闭锁备自投再次动作 防止 QF3 再次合在故障线路上 当 WL1 CD 切工作意一条线路发生瞬间故障时 该线路保护动作切除故障 若重合 闸成功 则备自投入不动作 若重合不成功 则相应的备自投动作 自动恢复对失压变电 所的供电 备自投的动作时间与线路保护动作时间相配合 应躲过线路保护动作及重合闸的时间 两站备自投装置的动作时间应相同 备自投的投退必须配合使用 不能单独使用 2 3 PLC 主要抗干扰措施 1 采用性能优良的电源 抑制电网引入的干扰 2 正确选择电缆的和实施敷设 3 硬件滤波及软件抗干扰措施 4 正确选择接地点 完善接地系统 第 9 页 第三章 PLC 系统配置及程序设计 3 13 1 PLCPLC 的系统配置 由于传统的时间继电器延时误差大 且带有随机性 不能使继电保护的上下级之间在 时限上很好地配合 容易造成超级跳闸或误跳闸的现象 另外 由于同一器件的动作值差 导较大 给继电保护的整定和调试带来了许多不便 基于各种原因 为了保证供电的可靠 性 选用 S7 系列 PLC 对其备自投装置进行了控制 具体配置为 CPU226 该 PLC 具有 24 路输入 16 路输出 共 40 个数字量 I O 点 并且有两个 RS485 接口 可以方便地与人机 界面交换数据 并提供了多种功能 具备了一般计算机所具有的各种基本操作指令 编程 控制灵活方便 其外部接线如图 3 1 所示 图 3 1PL 外部接线 3 2 程序设计 在 PLC 中一般提供的编程语言有梯形图 功能图和语句表等形式 梯形图编程是当今 使用最为广泛的编程方法 其优点是直观易懂 根据系统工况要求的分析 采用梯形图编 程正可发挥其优越性 该系统控制的梯形图如图 3 2 所示系统程序借助计算机辅助设计而 成 采用的是 STEP7 MI CRO WINV3 2 专为 S7 200 系列设计的编程软件包 梯形图和语句 表可相互转换 第 10 页 图 3 2 系统控制的梯形 第 11 页 结 论 本文介绍PLC一线两站备用电源自动投入装置应用 该系统的应用使110KV电网两变电 所备自投