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毕业设计论文
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电力直流电源监控系统,毕业设计论文
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-1- 第 1 章 绪论 1.1 电力直流电源系统简介和发展 电力直流电源系统是主要用于电力系统中各类电站的一种直流电源系统。它主要用于电力系统中的发电厂，水电站和各类变电站，用于断路器分合闸及二次回路中的仪表、仪器、继电保护、事故照明和交流不停电装置等负载的用电。 电力直流电源系统主要包括交流配电、整流器、蓄电池组、降压装置、直流配电等部分，其典型结构如图 1-1 所示。 动力母线 控制母线图 1 1 电力直流电源系统典型结构图 nts -2- 一般交流进线提供两路交流输入。交流配电完成两路交流输入的切换，为各路整流器提供交流输入电源，也可提供单相辅助电源。整流器将三相交流电转换为直流电，供给动力母线，满足动力母线负荷用电，同时给蓄电池组充电。在交流电源故障或整流器故障时，蓄电池组向动力母线提供电源。降压装置将动力母线的电压降低，供给控制母线，并可根据动力母线的电压值来自动调整，使控制母线上的电压在一定范围内保持恒定，满足控制母线负荷用电的要求。在有些系统中，也有配置输出电压不同的两种整流器， 一种供给动力母线，另一种供给控制母线。本次的实验装置仅是电力直流电源系统的模拟系统，因此只有一路交流输入，并且去掉了交流配电和直流配电两部分，只由控母电压给负载供电。 1 90 年代初期，我国发电厂和变电站中的直流电源设备有很多是较为落后的老旧设备，存在较多缺陷，甚至是带病运行，在电力系统中引发了不少事故，造成了重大损失，因而引起了各方面的高度重视。为此电力部组织研制了先进的、系列化的直流电源成套装置来装备电网，以保证电网的安全可靠运行。 此项任务完成以后，电力部又组织了微机控制电力直流电源系统的研制，用 监控装置来代替人对直流系统进行维护和管理，以适应无人值守变电站的需要。 这两项研制任务的完成，促进了我国电力工程直流电源系统的更新换代和直流电源制造行业的技术进步，提高了电网直流电源系统的自动化程度。 进入 90 年代末期，电力直流电源系统又掀起了新一轮的技术改造，改造的重点集中在两处，一是研制高频开关电源模块替代相控电源，二是研nts -3- 制功能更强的新一代监控装置。 1 1.2 监控装置的地位及作用 发电厂、变电站 (所 )等供配电部门 ,通常用蓄电池直流电源作为控制、信号、保护、事故照明、直流油泵、分合闸等装置的不间断 电源。直流电源装置可靠与否直接影响到供配电系统的安全运行 ,而功能强弱则影响系统的良性运行和蓄电池的使用寿命 .随着电力系统自动化、计算机控制和电力电子技术的发展及实际现场运行和维护的需要 ,对直流电源装置的要求也在相应提高 ,因此在这方面进行研究和开发很有必要。电力系统中的直流电源部分由蓄电池组、充电设备等设备组成。它的作用是：正常时为变电站内的断路器提供合闸直流电源；故障时，当厂、站用电中断的情况下为继电保护及自动装置、断路器跳闸与合闸、载波通信、发电厂直流电动机拖动的厂用机械提供工作直流电源。它的正常 与否直接影响电力系统的安全可靠运行。过去 ,电力系统的各个变电站都有人值守 ,可以对直流设备的运行状态进行定期检查 ,因而可以及时发现并处理其出现的异常现象 ,保证变电站的安全稳定运行。目前 ,电力系统推广无人值班变电站 ,虽然调度中心可以通过远动通道获取变电站运行情况的实时信息 ,但是对于直流部分只能得到少量的重要信息 (包括 :遥信量 充电机交流电源故障 , 充电机故障 , 直流绝缘接地 , 直流电源电压异常 ; 遥测量 控母电压 )。它不能反映直流系统运行的详细信息 ,特别是它不能发现系统刚刚开始出现 异常运行的情况 ,直到长期的异常运行发展为故障时才上发调度 ,此时 ,事故已经扩大。如果能在异常现象刚出现时就及时发现并及nts -4- 时处理 ,就可以避免异常情况扩大。所以需要设备维护人员对其进行定期检查。此外 ,对直流设备运行的控制也是由维护人员进行现场操作的。变电站多 ,维护人员少 ,显然无法保证按期按量完成。在这种情况下 ,直流监控系统应运而生。它的主要作用就是把各变电站的直流设备信息上送到监控中心 ,供其查询 ,同时监控中心也可以向各站发送控制命令。这样 ,维护人员不但可以在监控中心对直流设备进行远方监控 ,还 可以及时发现设备运行的不正常状态 ,及时处理 ,而不等其发展演变成事故。所以 ,直流监控系统的建立 ,可以对电力直流电源系统和其控制系统进行安全和及时有效的保护、控制，可以节省人力物力 ,提高工作效率，它是电厂和电站保护控制系统中的重要环节，是保证电力系统正常工作的基础。 2针对电力直流电源系统的现状和特点，本次毕业设计建立了基于工控机，在 Windows NT 环境下的智能监控系统和动态人机界面。该系统具有工业现场级的可靠性，对蓄电池充电装置系统采用智能化管理控制，对整个系统的运行状态进行实时监控，具有报 警、趋势画面、数据实时显示等功能，对提高整个控制系统的可靠性和完善性具有重要的现实意义。 1.3 国内外的研究现状 目前，有关蓄电池监控方面的产品，国内只有为数不多的几家公司拥有这方面完整的产品和技术，国际上进行这方面产品研究生产的公司不少，但产品价格较高。 本文研制的电力直流电源监控系统功能较强，性能稳定，适用于国内nts -5- 用户的需要，并且能很好的融合到正在大力发展的动力集中监控中去。从这一方面的意义出发，的确有研制该系统的必要。 3 1.4 本文所作的工作 本文所作的工作主要有： (1) 介绍电力直流电源系统， 分析监控电力直流电源系统的目的、作用以及意义，并分析国内外这方面工作的现状。 (2) 简要概述电力直流电源模拟监控系统的组成，包括硬件组成、软件作用以及它们的作用、功能。 (3) 分析 PLC 的梯形图程序，包括如何组态，每一部分程序的具体功能。 (4) 具体说明如何用 Powermonitor 3000 实现对电力直流电源系统的模拟监控。 nts -6- 第 2 章 电力直流电源模拟监控系统的功能及构成 2.1 电力直流电源模拟监控系统的功能 随着电力系统自动化程度的提高，对电力直流电源系统监控装置的要求也提高了。对电力直流电源系统进行 监控运行维护是一件技术要求较高，较为繁琐的工作。属于后备电源的蓄电池组的维护技术并未收到足够的重视；而且，蓄电池的动态指标好坏的测量与分析技术多年来未有多大的改进，若运行维护不当，会大大降低电池的使用寿命；另外运行中蓄电池的故障不易被及时发现和排除。这样，就迫切需要一种新装置来完成原来单靠手工操作完成的任务，并且解决手工操作中难以解决的问题。鉴于目前这种状态，本文研制了电力直流电源监控系统，在对电力直流电源系统进行监控的问题上做了一些有益的探索。 本文实现的微机监控装置具有如下一些功能： 测量并实时显示电力 直流电源系统的动力母线电压、控制母线电压、蓄电池组中各个单节电池电压、电流及给定量。 检测并显示电力直流电源系统各种实时故障报警量及运行状 态。 蓄电池智能化管理。实时自动检测蓄电池的端电压、充电电流、放电电流和环境温度；可根据环境温度自动调节蓄电池组的充电电压；每半年自动进行一次放电，然后再进行均充，以维护蓄电池；当停电时，可自动nts -7- 置位标志位，来电后，可自动进行均充。 可计算蓄电池目前的容量及目前可放电的时间，并可根据蓄电池最近5 次计算出的容量值求出电池的衰老速率，然后由此预测蓄电池的寿命。 具有以上功 能的电力直流电源系统模拟监控装置的实现，代替人对直流电源系统进行监视控制，把人所具有的经验移植到监控装置内，时刻监视直流电源系统的运行，这种装置必将大幅度提高电力直流电源系统的自动化水平，延长蓄电池的寿命，减少由于人为因素而引起的故障，保证直流电源系统的可靠运行。 2.2 系统的硬件构成 该电力直流电源系统由以下几部分组成：三相变压器、整流器、可编程逻辑控制器、工控机、蓄电池组、硅堆降压装置、温度传感器等。可编程逻辑控制器 (PLC)是该系统的控制核心，工控机作为上位机进行监控。该系统由相电压为 220V 的三相 交流电供电， 220V 的交流电先经过一个三相变压器，变为线电压为 18V 的三相交流电，此三相电作为整流电路的输入，整流电路是由 6 个二极管组成的三相不可控桥式整流电路，整流后的直流电作为动力母线的电源，由三节蓄电池组成的蓄电池组挂在动力母线上，作为后备电源，然后再通过由 7 个二极管组成的硅堆降压装置给控制母线供电。控制母线上的电压维持在 18V 左右，当动母电压过高时，系统就会自动多投入几个二极管以降掉一些电压，当动母电压过低时，系统又会少投入几个二极管，这样，控制母线上的电压就会在一定范围内维持在 18V。正常状态下， 三相交流电给控制母线供电，同时对蓄电池组进行浮充电；nts -8- 当停电时，作为后备电源的蓄电池组给控制母线供电。 图 2-1 系统硬件结构图 一个可编程序控制器包括以下几个部分： 1. CPU 模块 CPU 模块是可编程序控制器的核心模块，它主要由微处理器和存储器两部分组成。 微处理器。由大规模或超大规模集成电路微处理器芯片构成，常用的有 Z80A,8031,8085,80826 等专用的 CPU 芯片。 CPU 芯片的性能关系到可编程序控制器处理控制信号的能力和速度。 nts -9- （ 1） 存贮器。可编程序控制器的存贮器包 括系统存贮器和用户存贮器两部分 2 输入 /输出（ I/O）模块 输入 /输出（ I/O）模块是可编程序控制器与现场设备连接的接口。输入模块用来接收和采集现场设备的输入信号。输出模块则用来向各执行机构输出控制信号 3 编程设备 编程设备是可编程序控制器系统中最重要的外围设备，利用它可以输入、检查、修改、调试用户程序，也可以在线监视可编程序控制器的工作情况。 4 电源模块 电源模块将交流电源转换成可编程序控制器所需要的直流电源，使可编程序控制器能够正常工作。 PLC 是整个监控装置的核心，它的性能好坏直接决定了监控 装置的好坏。本次毕业设计采用的是美国罗克韦尔自动化公司所属 A-B 公司的 PLC系列中的 PLC5， A-B 公司的 PLC 与其他公司的产品相比，除了性能好，可靠性高等特点以外，在通信网络、编程软件等方面还具有独特的优势，列举如下： A-B 的世界级自动化系统给用户提供了一个开放性的网络。 A-B 提供了功能强大的 PLC 系列。 A-B 提供了品种齐全的 I/O 模块。 nts -10- （ 1） 罗克韦尔为 A-B 的 PLC 提供了功能强大的编程、仿真、通信、监控等软件，这些软件使用方便、功能强大。 具体到本次毕业设计中使用的增强型 PLC5，它的特点如下： （ 1） 支持 多种编程语言。 结构文本编程，顺序功能流程图，梯形逻辑图 （ 2） 强有力的程序控制特性。 16 个主控程序基于时间和事件驱动的处理器中断子程序 PID算法 （ 3） 通用指令系列。 包括基本的和扩展的 ASC字符串指令和增强的运算功能 （ 4） 内置可组态 RS-232/422/423 串行口， DH网，远程 I/O 链路通信口。 （ 5） 程序执行速度 0. 5ms/k 位逻辑最大 2ms/k(典型 ) ( 6 ) 控制性能优越的主控程序 由此可见，本次毕业设计所使用的 PLC 功能强大，性能稳于监控系统的需要。 nts -11- 2.3 系统的软件 功能 该系统中软件的作用是监视动母电压、控母电压、蓄电池组中各个电池的电压，控制动母电压和蓄电池组的充电电流，进行蓄电池的 智能管理，计算蓄电池组目前的可放电时间及蓄电池的寿命等。该系统中用到的软件主要有罗克韦尔公司的 RSLogix5。 RSLogix5 提供了为罗克韦尔公司的可编程逻辑控制器 PLC5 进行编程的环境，利用 RSLogix5 时，要先进行处理器配置、 I/O 配置、通道配置等一系列工作，然后才能用该软件进行编程，编程时可以用最常用的梯形图编程，也可用结构文本及顺序功能图 (SFC)进行编程，主要依编程者的习惯 而定。 RSLogix5 功能强大，使用方便，关于它的详细说明见本论文的相关章节。本次毕业设计论文还运用了Powermonitor 3000 来进行对系统的监控，它可与其它的 Rockwell Software产品集成在一起，因此它为监视和运行控制系统提供了极大的灵活性。在本次毕业设计中，主要用 Powermonitor 3000 进行电力直流电源系统的监控。有关 Powermonitor 3000 的详细说明可参看本论文的相关章节。 nts -12- 第 3 章 蓄电池计算的相关理论 3.1 蓄电池的工作原理 电池充放电的电化学反应： PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 在充电后期，正极产生氧气： 2H2O-4e=O2+4H+ 产生的氧气通过透气隔膜到达负极被吸收： 2 PbO2+ O2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 3.2 蓄电池的分类及作用 蓄电池是电力系统和通信电源系统中，直流供电系统的重要组成部分，由于它是一种电压稳定、安全可靠、不受市电中断影响的直流电源，为了保证电力系统和通信系统的可靠运行，蓄电池得到了十分广泛的应用。浮充供电、直流升压、事故照明、信号指示、遥控、油机发电站的启动都离不开蓄电池。今年来，由于交流不间断电源和太阳能供电系统的广泛应用，作为静态储能设备的蓄电池在电力系统和通信系统中的地位日益提高，其重要性也越来越明显。 nts -13- 蓄电池的种类很多，以酸性水溶液为电解质的蓄电池称为酸蓄电池，以碱性水溶液为电解质者称为碱电池。因为酸蓄电池电极是以铅及其氧化物为材料，故又称为铅蓄电池。铅蓄电池按其工作环境又可分为移动式和固定式两大类。固定型铅蓄电池按电池槽结构分为半密封式及密封式，半密封式又有防酸式及消氢式。依据电解液数量还 可将铅酸电池分为贫液式和富液式，密封式电池均为贫液式，半密封式电池均为富液式。铅酸密封电池依据排气方式，可分为排气式和非排气式两种， 1986 年后 IEC（国际电工委员会）的 TC21 标准规定：非排气式密封电池有密封式和气阀调节式两种，装有密封气阀的密封铅酸电池，称为阀控式铅酸电池（ Valve Regulated Lead Acid,VRLA）。电力直流电源系统对蓄电池的基本要求是：满足正常运行和交流事故停电过程中直流负荷的需要，预期寿命应高于 10年，运行维护简单，经济实用。本次毕业设计中用的蓄电池就是阀控式铅酸 电池，它具有“免维护”的功能，这里所指的“免维护”是我国依据 IEC标准制定的 GB 2900.11-28 蓄电池名词术语中的定义，即：在规定条件下使用期间不需维护的一种蓄电池。所谓蓄电池的维护是相对于传统铅酸电池维护而言，仅指使用期间勿需加水。 VRLA 是目前很多电力部门和通信部门使用的蓄电池，因此在本次毕业设计中采用 VRLA 有其现实意义。4 nts -14- 3.3 蓄电池的充放电特性 3.3.1 充电特性 讲蓄电池的充电特性之前，先介绍蓄电池的两个重要参数：容量和寿命。蓄电池的容量指的是：采用规定的放电速率，充足电 的电池能够放出的安时数。蓄电池的额定容量 C 经常作为电池充放电的单位。蓄电池的寿命通常分为循环寿命和浮充寿命两种。蓄电池的容量减少到规定值以前，蓄电池的充放电循环次数称为循环寿命。在正常维护条件下，蓄电池浮充供电的时间，称为浮充寿命。 对蓄电池的充电分为浮充充电和均衡充电两种，正常状态下，整流后的直流电给动了母线供电，同时对蓄电池进行浮充充电以补偿蓄电池的自放电；电池在使用过程中，有时会发生容量、端电压不一致的情况，为防止其发展为故障电池，所以要定期履行均衡充电，除此，凡遇到下列情况也需要进行均衡充电：一是 单独向负载供电 15 分钟以上，二是电池深放电后容量不足。 4选择合适的充电方法是获得最长使用寿命的关键之一，根据不同用途的特点，充电方法也有所不同。阀控式铅酸电池的充电方法有“恒压充电”、“恒流充电”或其他综合方法等，应根据使用方式、充电时间和负载系统的类型来决定采用何种充电方法。本次毕业设计使用的蓄电池是上海复华控制系统有限公司的 Powerson 蓄电池，由于用“恒流充电”的方法时须严格控制以避免极有可能发生的过充电现象，因此 Powersonnts -15- 阀控式铅酸电池推荐的充电方法为“恒压充电”，充电特性曲线如图 3.1 所示。图中示出充电过程的电流时间，电压时间的关系曲线。在充电过程中，电流在充电前期恒定不变，而电压逐渐上升。之后充电电压恒定不变，而电流则按指数规律迅速衰减，到充电后期电流衰减速率变慢，充电结束前几小时起，电流不再改变，恒定为浮充电流。就本次毕业设计所用的蓄电池而言，为 10mA。充电时要进行温度补偿，当环境温度超过 25C时 ，如不调整充电电压，将影响蓄电池的寿命，每升高 10C， 蓄电池寿命将缩短 50。为了部分抵消温度变化产生的影响，充电电压必须使用温度系数进行校正，环境温度升高时，充电电压必须降低。对 于 Powerson 蓄电池而言，以环境温度 25C 为 基准，温度系数为 -0.009V/(C 个 )。 图 3.1 蓄电池充电特性曲线 3.3.2 放电特性 描述蓄电池的放电情况时，必须要指出放电率和放电终止电压。放电nts -16- 率是指在一定放电条件下，一般是恒流放电，放电至放电终止电压的时间长短。根据 IEC 标准，放电时间率有 20、 10、 5、 3、 1、 0.5 小时率及分钟率，分别表示为 20Hr、 10Hr、 5Hr、 3Hr、 1Hr、 0.5Hr 等。放电终止电压是指铅蓄电池以一定的放电率在 25C 环境温度下放电 至能再反复充电使用的最低电压值。一般来说，放电电流越小，放电终止电压越高，而在本次毕业设计中，由于放电电流变化不大，为了方便起见，按照 Powerson蓄电池的说明，统一将单节电池的放电终止电压定为 5.25V，三节电池即为 5.25 3 15.75V。 Powerson 蓄电池的恒流放电曲线如图 3.2 所示，放电初时端电压几乎不变，放电一定时间后，端电压降低速率明显增大，之后端压陡降，端电压的改变是由于电池电动势的变化和极化等因素的影响。 图 3.2 蓄 电池放电特性曲线 nts -17- 3.4 蓄电池放电时间的计算 蓄电池是在整流器不能正常输出额定电压和电流的关键时刻，挺身而出给负载供电，平时当整流器正常输出时，它基本上不起什么作用。所以，蓄电池的放电参数非常重要。由有关电池容量和充放电特性知道，电池容量定义成电流和时间的乘积。那么，如果算出蓄电池的容量，再测出放电电流，那蓄电池的放电时间就可以通过经验公式估算出来。蓄电池的容量是指电池在一定放电条件下所能给出的电量，定义为电流和时间的乘积，以符号 C 表示，常用的单位为安培小时，简称安时（ Ah）。蓄电池的容量并不是一个固定不 变的量，它受到环境温度、放电电流大小、蓄电池衰老系数等多种因素的影响，大多数阀控式铅酸电池以 25C 的环境温度下，20 小时率放电所测的容量为标称容量，比如本次毕业设计用的 Powerson MF6-1.2 型蓄电池标称电压 6V,标称容量 1.2Ah，这表示该电池在 25C 的环境温度下，以 60mA 的放电电流放电至 5.25V 的终止电压时，可连续放电 20 小时。下面就较为详细地介绍一下它们对蓄电池的影响。 温度对蓄电池的容量影响较大，随着温度的降低，蓄电池的容量减小，在一般情况下，容量与温度的关系如式 3 1 所示： )(1 1221 ttKCC tt )13( 式中， Ct1 温度为 t1 时的容量（ Ah） ; Ct2 温度为 t2 时的容量（ Ah） ; K 温度系数； t1,t2 分别为电解液的温度。 nts -18- 在蓄电池标准中，经常规定一个温度为标准温度，如规定 t1 是 25C,t2为 实测温度。当 t1 与 t2 不同时，则按上式换算为标准温度下的容量。 5对于 Powerson 蓄电池而言，它的温度系数为 0.008。 在谈到容量时，必须指明放电率，否则容量值是没有意义的。铅蓄电池容量随放电率增大而降低，因为放电率越高，放电电流密度越大，电流在电极板上分布越不均匀，电流优先分布在离主体电解液最近的表面上，从而在电极的最外表面优先生成 PbSO4。 PbSO4 的体积比 PbO2 和 Pb 大，于是放电产物 PbSO4 堵塞多孔电极的孔口，电解液则不能充分供应电极内部反应的需要，电极内部物质不能得到充分利用，因而高放电率时容量降低。 5对于 Powerson 蓄电池而言，它允许的最大电流为 0.3A，并且给出了几个不同放电电流时的可 放电时间，若放电电流值为其他值，则可通过查表差值运算的方法求出相应的放电时间，由此可算出不同放电电流时的容量值。 计算蓄电池容量时，还要考虑到因老化因素引起的容量下降。该系数几乎不可能通过计算得到，但通过最近一次的充放电，可以从侧面得到该项参数。 Powerson MF6-1.2 型蓄电池的参数如下： 标称电压： 6V 标称容量： 1.2Ah/20Hr(C20) 额定容量 0.05C20(0.06A)： 1.2Ah 0. 5C20(0.6A)： 0.6Ah 1C20(1.2A)： 0.54Ah 3C20(3.6A)： 0.3Ah nts -19- 外壳材料： ABS 内阻：约 65m 自放电：每周 18.3V)，且 N7:11 不低于 31，就将 N7:11的值减 1，再将 N7:11 代表的 B3 中的相应位置 0(投入该二极管 )。由于程序是循环执行的，所以控母电压值将会最终被控制在 17.7V18.3V 间。这里还有一个问题，就是 Flex I/O 中的开关动作速度赶不上程序的执 行速度，比程序的执行速度慢很多，所以要设置一个计时器，延时一段时间，等到Flex I/O 中的开关动作后再比较控母电压；如果不设置计时器，以控母电压过高为例，程序投入一个二极管，等程序再次循环执行到这里时， Flex I/O还未动作，因此控母电压没变，程序就会认为控母电压在投入一个二极管后仍然过高，于是又投入一个二极管，如此循环，由于 Flex I/O 的动作速度比程序的执行速度慢很多，所以程序投入最后一个二极管时， Flex I/O仍未动作，于是程序认为电压太高，就继续执行下面的程序，但 Flex I/O过了一会后动 作，将全部的二极管都投入，这样当程序再次执行到这里时，控母电压又变成过低了，于是程序就会切掉一个二极管，但 Flex I/O 没有动作，与上面类似， Flex I/O 最后将会切掉全部的二极管，这样控母电压又过高，如此循环， Flex I/O 将会不断的投入、切掉全部的二极管，系统将不能正常工作。所以必须设置一个计时器。 (13) 报警 当系统出现以下几种情况之一或几个同时出现时，系统将报警： * 动母电压超过范围，即动母电压不在 15V23V 的范围内。 nts -40- * 单节电池电压超过范围，即电压值不在 5V8V 的范围内。 * 电流值超过范围，即电流值不在 -0.3A0.3A 的范围内。 * 温度值超过范围，即温度不在 -20C45C 的范围内。 程序对每一种情况都用 B3:0 的一位表示，若测量值在所规定的范围内，则该位置 1，若不在，则该位置 0，接着用几个位的串联来作为置位标志位的阶梯条件，只要其中一个不在范围内，就置位标志位。为了消除干扰的影响，程序中使用了一个计时器，当某一个报警条件满足时，不会立刻置位报警位，而是先延时等待一段时间，若延时后报警条件仍然存在，再置位报警位，这样就消除了干扰的 影响。 nts -41- 第 5 章 Powermonitor 3000 的 监控实现 5.1 Powermonitor 3000 的简介 Bulletin 1404, Powermonitor 3000 是专门为满足电力电源生产者和消费者的需求而设计的。 Bulletin 1404 系统包括：提供测试和 DF1 通信的主机模型；可选择的显示模块；和一个选择型的通信端口。 Powermonitor 3000 是一个基于微处理器的监控和控制装置，适合不同的应用包括： 装载轮廓 对于电源参数和可配置趋势效用的使用允许电气装载有明显的轮廓。 要求 管理 明白什么时候要求委托出现在减少电气消耗时。 使用分配 关于实际能量使用的部分会促进生产效率。 分布式系统监控 使用电源参数来显示电源流量，系统拓朴分布和设备状态。 紧急情况保护 使用电源参数来保护系统的稳定性在突然掉电的情况下。 电源系统控制 使用电源参数来管理系统电压和电源因数。 Powermonitor 3000 是一个复杂的现代化的替代设备对于电子机械测试置来说。一个 Powermonitor 3000 可以代替很多单个的变频器和测量nts -42- Powermonitor 3000 是一个友好的操作器并且 可以使用户简单的理解准确的信息在一个紧密的节约的包里。 5.2 显示模块和主机模块 5.2.1 主机模块总体介绍 每一个主机模块都有 RS-485 通信端口（ DF1 半双向子协议）和接收另外一个通信的自由选择权。另外一个通信可以在以下的情况中加入： RS-232(DF1 半双向子协议 ) RIO DeviceNet Ethernet ControlNet 5.2.2 显示模块总体介绍 Bulletin 1404 显示模块，一个选择性的输入 /输出设备，可以被用来建立和配置 Bulletin 1404 主机。显示模块有两行显示，高度清晰的 LED显示和四个触摸式的操作按钮。通过使用这些操作按钮和 LED 显示可以建立和配置 Bulletin 1404 主机。在显示模块和主机模块之间的设备能源和通信通过一个保护的 4 层铰链的电缆来实现。显示模块可以轻松的配置在典型的设备面板模拟测试输出里。 5.3 总体操作 nts -43- 5.3.1 主要功能 显示模块作为一个简单的终端可以允许用户方便的看到测量参数或改变配置项目。这可由使用三种操作形式来实现： 他们是：显示模式，编程模式，编辑模式。 显示模式允许用户看到任 何一个参数，这些参数是由 Powermonitor 3000 提供的包括：测量，设置点，最小 /最大日志，事件日志和自测信息。用户也可以有权选择默认屏幕，这个会在无键盘活动后 30 分钟或上电时显示。 编程模式允许有特权的用户改变配置参数。编程模式会提供一个基本的安全系统，每一个 Powermonitor 3000 由密码保护并且同一时间内只有一个实体可以修改 Powermonitor 3000。一个实体包括显示模块，原始通信端口 或可选择的通信端口。当一个用户在编程模式下，相位显示指示器（ L1,L2,L3,N）在显示模 式下闪光。 编辑模式允许有特权的用户来改变选择好的参数。当一个用户在编辑模式下，这个参数会闪烁，并且这个相位显示钮不变。 5.3.2 核心功能 显示模块在版面上有四个键，跳出键，向上键，向下键，回车键。这nts -44- 些键在显示模块所有的模式下都有同样的功能 . 下面这张表是对这四个键功能的具体描述： 退出键 上移键 下移键 回车键 显示模式 返回主菜单 返回到先前的参数 /菜单 前进到后面的参数 /菜单 进入到子菜单或者是设置为默认显示 编程模式 返回主菜单 返回到先前的参数 /菜单 前进到后面的参数 /菜单 进 入到子菜单或者是选择能进入编辑模式的参数 编辑模式 取消对参数的变化，恢复现存的值并且返回到编程模式 增加参数 /菜单的值 降低参数 /菜单的值 保存对于主机变化的参数并将它返回到编程模式 5.3.3 显示信息 显示屏包括两行五个希腊字母的 LED 数字。在显示屏的右边是一组相位指示器 : L1,L2,L3 和 N. 这些指示器显示会有在 2*5 屏幕上显示的信息来显nts -45- 示相位。这些指示器通过闪烁来显示处于编程状态。 5.3.4 编辑参数 1 通过使用显示模块上的按键，进入到编程模式并且显示出将要改变的 参数。请注意在屏幕右边的闪烁的相位显示器。 2 通过按回车键进入到编辑模式。注意到相位显示器将会固定并且要修改的参数在闪烁 3 通过使用向上键和向下键改变参数的值直到显示出预定的值。注意到屏幕右边的相位显示器保持不变，而将要改变的参数仍然在闪烁。 4 在预期的参数显示后，按回车键在主机模型中写入新的值并且将显示模块返回到编程模式中。请注意在屏幕右边的相位显示器在闪烁并且将要修改的参数开始固定。 5 在一个错误参数将要修改的事件中，按跳出键返回到原始参数值，这并不会改变主机模型，把显示模型转换到编程模式。请注意屏幕右边的相位 显示器会再次闪烁，但是参数却变的固定了 5.3.5 发布命令 nts -46- 1 通过使用四个显示模块的按键，进入到编程模式并且显示将要发布的命令。请注意屏幕右边的闪烁的相位显示器。 2 通过按回车键将显示模块转换为编辑模式。请注意屏幕右边的相位显示器固定不变并且命令选择提示在闪烁。 3 通过上下键按键选择选择合适的命令。请注意屏幕右边的相位显示器保持不变并且被选择的命令仍然在闪烁。 4 当所要的命令在显示时，按回车键来执行命令。选择提示会再次出现并且显示模式会回到编程模式。请注意屏幕右边的相位显示器会再次闪 烁并且命令选择提示固定不变。 5 如果想放弃一个命令，请按跳出键。显示模块会回到编程模式。请注意屏幕右边的相位显示器会闪烁并且选择提示固定不变。 5.3.6 配置项目 表 5.1 基本配置 nts -47- 参数 描述 范围 缺省配置 接线模式 决定系统接线配置。在演示模式下，内部值由于培训的目的而显示。 0=Delta 3 CT 1=Delta 2 CT 2=Direct Delta 3 CT 3=Direct Delta 2 CT 4=Open Delta 3 CT 5=Open Delta 2 CT 6=Wye 6=Wye PT 主要模式 对于 PT 比率的第一个值表示在变压器高端的值。 1 到 10， 000， 000 480 PT 第二模式 对于有 600 伏的线到线电压的系统，电压连接可以不通过 Pt而达到。在这种情况下， PT 第一模式和 PT 第二模式应该设成适当规模的线电压方式。 1 到 600 480 CT 主要模式 对于 CT 比率的第一个值表示在变压器高端的值 1 到 10， 000， 000 5 CT 第二模式 对于 CT 比率的第二个值 表示在变压器低端的值 1 到 5 5 nts -48- 表 5.2 Powermonitor 3000 命令 参数 描述 范围 强迫延迟 在强迫被去除的状态时，强迫延迟才取消 消除能量，使能，无强迫 强迫 KYZ 在强迫被去除的状态时，强迫延迟才取消 消除能量，使能，无强迫 清除最小 /最大日志 在实时测量信息下重新设置最小 /最大日志 是，不是 清除所有的能量计算器 将所有的累积的能量计算器设为零 是，不是 修复缺省设置 恢复所有的对代理缺省的设置 是，不是 5.3.7 数据日志 Powermonitor 3000 包含三种类型的数据日志： 1 事件日志 nts -49- 2 最小 /最大日志 3 可配置的趋势日志 由日志收集的信息在控制能量丢失时都存储在固定的闪存里 事件日志 事件日志包括 50 个最近的在 Powermonitor 3000 发生的事件。一些记录在事件日志中的行为包括：配置数据的变化，强迫延迟或固态输出，一种在其中一个状态输入的过渡，掉电，上电和清除能量计数器。在状态输入频繁变化的应用中，用户可以使状态输入记录变为事件日志无效。 配置趋势日志 配置趋势日志允许用户定期的记录一个或多个参数的值在很长一段时 间内。趋势日志的配置可通过系统通信和软件来实现，它并不是显示模块的参数。日志在下面两种方式中运行：“填充和保持”模式和“覆盖”模式。 当配置成“填充和保持”时，如果日志已满便会停止记录日志。一旦日志被用户清除，记录日志便会继续 当配置成“覆盖”时，日志首先填充记录并且新的记录会覆盖旧的记录。因为先入先出记录的日志仍然很模糊，日志总是包含最新的历史记录。 nts -50- 用户可以可以配置参数的数量并将它记录起来。一个记录可以配置成包含 1 到 16 个参数。记录间隔可以变化的，范围从一秒一次到一个小时一次。 nts -51- 第 6 章 结论 电力直流电源系统是用于电力系统中各类电站的一种直流电源系统，直流系统的可靠性直接影响发电厂、变电站的正常运行 ,而作为后备电源的蓄电池对保证系统的用电起重要作用。随着电力系统自动化水平的不断提高 ,对电力直流电源系统监控装置的要求也提高了。监控装置是电力直流电源系统的控制中心，在系统中起着极其重要的监控功能，它监视和控制整个系统的工作状态，可以对蓄电池进行智能管理，在系统中占有重要地位。本文研制的电力直流电源系统监控装置可应用于电力直流电源系统的性能检测 ,在线 检测动母电压、控母电压、电流、电池的电压 ，并可计算目前蓄电池组的可放电时间 ,预测蓄电池的寿命，综合测理判定电池性能。 电力直流电源监控系统以可编程逻辑控制器（ PLC）为控制中心 ,并且用上位机进行监控，系统由三相变压器、 PLC、整流器、蓄电池组、硅堆降压装置、工控机、温度传感器等组成，并应用 Rockwell Software 的软件RSLogix5 编程，用 Powernitor3000 来实现对系统的监控，易于观察，易于操作，监控功能较为强大，可以适用于多种场合的需要。 该监控装置的特点如下： 1. 性 能稳定。本系统中采用了罗克韦尔公司 PLC 系列中的 PLC5 作为监控装置的核心，这种可编程逻辑控制器性能稳定，运行可靠，非常适合于工厂、车间使用。而且本系统中还使用了工控机进行监控，工控机是专门为工厂、车间等恶劣环境下使用而开发的，它的抗干扰性能很强，可以nts -52- 长时间连续运行。因此整个监控系统的性能也就很稳定。 2. 可以对蓄电池进行智能管理。按照蓄电池的特点对蓄电池每半年自动进行一次充放电，以维护蓄电池。这无需人工干预，简化了用户操作，达到了保证蓄电池维持容量，延长电池使用寿命的目的。 3. 可以自动对硅堆的投放进 行控制。本系统可以按照控母电压的大小对硅堆进行控制，使控母电压保持在 18V 左右，从而满足负载的需要。 4. 可以动态显示蓄电池的可放电时间和。监控装置可以由目前的环境温度、放电电流大小以及蓄电池的状况计算出蓄电池的可放电时间，从而使操作人员对目前蓄电池的状态有清楚地认识。 5. 当系统处于非正常状态时，可以自动报警。当蓄电池电压、电流超出范围，或温度超出范围时，监控装置可以自动以图象、声音等方式报警。 运用 Powernitor3000 可以实现一些对系统的监控，比如可以在线显示系统的协议类型，数据传输率， 工作频率，每相电流，电压等。能够比较好的对系统实行在线监控。 对系统进行实验的结果记录在附录的表 1，表 2，表 3 中，表 1 记录的是蓄电池组的浮充测试结果，表 2 记录的是蓄电池组的放电测试结果，表3 记录的是蓄电池寿命预测的结果。性能指标包括电压、电流、温度。从表中可见，测试值和真实值相差很小，较为准确。而放电时间与实际值相差较大，这是因为放电时，电流在一开始的很长时间内保持不变，但到最后开始下降，因此，根据一开始的放电电流值预测的蓄电池放电时间总是比实际值要小。 综上所述，本次毕业设计研制的电力直流电源监控系统能 够对蓄电池nts -53- 组进行智能维护，可以动态地显示测试数据，且测试值较为精确，并能实时报告蓄电池的状态，有较强的功能。通过本次毕业设计，对 PLC 的功能有所了解，深入了解了 PLC 怎样在
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