基于simatics7-200plc的变电站综合自动化实际系统研究

基于simatics7-200plc的变电站综合自动化实际系统研究内容摘要：

所有电气参数的模拟量采集，包括电压、电流、有功功率、无功功率、有功电度和无功电度等参数。 根据遥信、遥控、遥测规模的大小 ，可以选用单独一个基本模块或者一个基本模块和若干个扩展模块进行组合，达到所需的遥测、遥信、遥控点数。 图 CPU224型 S7200 PLC构成的数据采集与控制单元结构配置示意图，实际配置可根据变电站规模的大小、现场一次设备布置的具体情况确定。 一条总线上最多可挂接 31个基本模块，若超过此数，可再另外增加一条总线。 图 CPU224 PLC数据采集与控制单元结构配置示意图 （ 2）第三层与第二层之间通过 RS485 串行总线相连。 第二层为通 信管理层，它是一层和三层进行数据交换的桥梁，它管理着下层的采集控制设备，同时转发上层的请求 (如设置命令 )和控制命令，并将返回请求或执行的结果。 （ 3）最上层为工作站层 (一层 )，它由一台 PC 工控机和两台 PC 机构成的局域网及相应的外围设备 (如打印机、事故音响设备 )等构成，它们承担着监视、控制、事故报警、事故记录分析、系统管理、系统维护等多项功能。 接口方式的选择 ……………… 系统软件 概述 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） 16 操作系统 ……………… 软件开发工具 ……………… （ 1）上位 计算机端 ……………… （ 2） PLC 端 ……………… （ 3）触摸屏端 ……………… PLC软件设计概述 PLC软件的功能 ……………… PLC软件设计 当 PLC的主程序开始运行之后，就处于反复的循环执行之中，每一次循环被称为一次扫描，即对主程序的语句逐条扫描执行。 主程序主要完成初始化、遥信自处理、通信处理三方面的工作。 只有第一次扫描才执行初始化程序，然后进行遥信自处理程序，若有通信要求，则进行通信处理，否则结束主程序，完成一次扫描工作。 其流程图如 图 示。 ***：基于 PLC 的变电站综合自动化系统研究 17 图 PLC主程序流程图 PLC初始化程序用于完成 PLC站号的设置、群同步码的设置、通信参数的填写、CRC表的产生、静止时间线的设定等任务。 遥信自处理程序用以捕捉输入点状态的变化。 PLC报文接收是一个相当复杂的过程。 当 PLC的 port0口检测到有字符送来时，产生接收字符中断，其中断执行的顺序依次为：接收群同步码中断、站地址码中断、功能码中断、数据长度中断和报文数据中断。 只有当 PLC连续接收到两个群同步码，且下一个字符是本站地址或公共地址时，才进入报文的接收状态。 PLC接收到的 报文必须经过解释之后，才能被正确执行；而 PLC在向主机发送报文之前，必须先将要发送的报文组装起来。 PLC报文发送程序包含类别询问、类别更新、设置时针、召唤事件记录及遥控等若干子程序。 系统特点 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） 18 ……………… 本章小结 本章是进行 基于 PLC的 变电站综合自动化系统 初步 设计。 首先阐述了变电站综合自动化系统的设计原则与要求；接着设计了基于 PLC的变电站综合自动化系统的硬件结构，并选择 RS485串行接口 方式 ；然后 说明 了 系统中用到的软件， 概 述了PLC软件设计 ；最后说明了 该 系统的特点。 ***：基于 PLC 的变电站综合自动化系统研究 19 5 断路器控制、中央信号的 PLC实现 断路器控制概述 ……………… 断路器控制的类型 ……………… 要器件由晶体管分立元件或集成电路构成。 对断路器控制电路的基本要求 ……………… 断路器控制流程图 将断路器控制原理用流程图表示，如图 所示。 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） 20 图 断路器控制流程图 断路器控制的 PLC实现 I/O接线图及 I/O分配表 选用 S7200 CPU224 AC/DC/Relay型 PLC 进行控制。 PLC 的 I/O 接线图如图 所示。 I/O 分配表如表 所示。 ***：基于 PLC 的变电站综合自动化系统研究 21 图 I/O 接线图 表 I/O 分配表 输入信号 中间继电器 输出信号 保护跳闸脉冲 选通母线 XTM 亮盘母线 LM 复归按钮 FA 实现自保持 合闸状态指示灯 HD 选线开关 XK 分 跳闸位置继电器 TWJ 合闸线圈 HQ 选线开关 XK 合 合闸位置继电器 HWJ 跳闸状态指示灯 LD 控制开关 KK 分 跳闸继电器 TJ 跳闸线圈 TQ 控制开关 KK 合 合闸继电器 HJ 自复位开关 DK 亮 自复位开关 DK 暗 PLC程序设计 ……………… 图 断路器控制的梯形图 触摸屏画面 断路器控制画面 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） 22 根据 PLC 的输入输出量编写断路器控制画面，如图 所示。 正确将图 所示的程序由计算机下载到 PLC 后，即可通过在触摸屏上按动相应按钮来控制PLC 的程序运行，从而实现触摸屏对断路器的控制，并可观察输出情况。 图 断路器控制画面 画面中，最上面一排为状态指示灯，下面两排为按钮，其中 、 为保持型按钮，其余为交替型按钮。 变电站电气主接线画面 ……………… 受画面面积所限，在此示意性地画出变电站的电气主接线，如图 所示。 其高、低压侧均为单母线分段接线，上方为进线，下方为出线。 图 变电站电气主接线画面 ***：基于 PLC 的变电站综合自动化系统研究 23 画面中的按钮均为保持型按钮（即按下为 ON，松开为 OFF），并在 QF 按钮上方浮有状态指示灯，红色表 示 QF 处于合闸状态，绿色表示 QF 处于跳闸状态。 为使论文简洁，在此仅对 4断路器编写 PLC 程序（即仅能对 4断路器进行操作），其余均雷同。 设 4断路器原已处于合闸状态，其控制过程及现象如图 所示。 图 断路器控制过程及现象 和图 所示画面相对应的 PLC 程序如图 所示。 图 断路器控制的梯形图 中央信号 中央信号概述 中央信号的 PLC实现 本章小结 断路器和中央信号是变电站综合自动化系统的重要组成部分。 本章以其为具体研究对象，阐述了断路器控制的类型、对断路器控制电路的基本要求，并画出了断路器控制流程图，编出了断路器控制的梯形图程序，而且还利用 ADP 软件编写了断路器控制画面、变电站电气主接线画面，实现了用触摸屏控制 PLC 程序的郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） 24 运行 ；此外，本章还对中央信号类型、信号回路应满足的基本要求作了阐述，并编出了事故音响电路的梯形图程序。 由于 PLC性能非常优越，从而使断路器、中央信号动作的准确性和可靠性得以保证。 PLC的使用使其操作方便，维护工作量少，且二次回路简单。 本次实验未能输人、输出更多的信号，若投人应用，只需将 PLC的触 点通过扩展单元和扩展模块进行扩展，或者直接选用多 I/O的 PLC即可。 ***：基于 PLC 的变电站综合自动化系统研究 25 6 结论 本文 初步 设计的基于 PLC的变电站综合自动化系统，采用了分层分布式结构。 将变电站内数据采集与控制、监视、通信等任务分级处理。 最下层承担着采集、控制、保护的任务 ； 中间层执行着通信管理的任务，它是上层软件与下层设备的纽带，使得上层软件的运行不受下层设备具体类型的制约。 因此系统具有开放性好、可扩充能力强、可靠性高、安装调试方便等优点，特别适用于老站的扩建改造，对新建变电站也同 样适用。 该 系统中， PLC作为一种现场控制设备 (前置单元 )，通过编制控制保护程序，代替完成常规继电器电路的监控操作。 由于逻辑功能通过软件实现，从而减少了大量的中间接线，完善了联锁保护功能，提高了系统运行的可靠性。 若对 PLC编制通信模块程序来采集并传输实时数据，也能取得较好的效果，因此它完全有可能代替 RTU装置，并且开发周期短，系统的性能价格比高。 触摸屏与 PLC可以连接起来组成控制系统，触摸屏完成对设备的操作、显示、报警， PLC 则根据生产工艺的要求，编制程序，直接对设备进行控制。 本设计对断路器控制、中央 信号系统进行了研究，通过编写 PLC程序和触摸屏画面，用触摸屏控制 PLC程序的运行，从而实现断路器 控制 和中央信号系统的基本功能。 由于 PLC性能非常优越，从而使断路器、中央信号动作的准确性和可靠性得以保证。 PLC的应用使其操作方便，维护工作量少，且二次回路简单。 若投人应用，只需将 PLC的触点通过扩展单元和扩展模块进行扩展，或者直接选用多 I/O的 PLC即可。 由于时间仓促和本人水平有限，虽已基本上达到了毕业设计的要求，但文中错误和不足之处 在所难免，本 设计 还需要不断地加以完善、改进。 同时，敬请老师批评指正。 通过本 次毕业设计，加深了对变电站综合自动化系统的认识，掌握了 PLC的编程方法和触摸屏的使用方法，掌握了基于 PLC的变电站综合自动化系统的设计方法，掌握了参考文献的查阅方法和科技论文的写作方法，进一步巩固了 Microsoft Office Word的操作方法，提高了独立分析、动手和理论联系实际的能力，为今后的学习和工作打下了良好的基础。 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） 26 谢辞 ……………… ***：基于 PLC 的变电站综合自动化系统研究 27 参考文献 [1] 黄益庄编著 .变电站综合自动化技术 .北京：中国电力出版社， [2] 张惠刚主编 .变电站综合自动化原理与系统 .北京：中国电力出版社， 2020 [3] 杨宛辉，刘宪林，孙丰奇编著 .集成电路保护控制与信号 .北京：中国计量出版社， [4] 崔明主编 .变电站与水电站综合自动化 .北京：中国水利水电出版社， 2020 [5] 孟祥忠，王玉彬，张秀鹃编著 .变电站微机监控与保护技术 .北京：中国电力出版社， 2020 [6] 姚春秋编 .发电厂电气部分 .北京：中国电力出版社， 2020 [7] 何永华主编 .发电厂及变电站的二次回路 .北京：中国电力出版社， 2020 [8] 南京 中德保护控制系统有限公司编 .变电站自动化工程图集 .北京：中国电力出版社， 2020 [9] 吴中俊，黄永红主编 .可编程控制器原理及应用 .北京：机械工业出版社， [10] 王永华主编 .现代电气控制及 PLC应用技术 .北京：北京航空航天大学出版社， [11] 张万忠，刘明芹主编 .电器与 PLC控制技术 .北京：化学工业出版社， [12] 浙江天煌科技实业有限公司 .可编程控制器实验指导书 [13] 西门子公司 .SIMATIC S7200可编程序控制器， 2020 [14] 西门子公司 .SIMATIC S7200系统与编程， 2020 [15] 泉毅电子股份有限公司 .HITECH ADP6软体使用手册 [16] 西门子公司 .S7200 PLC用户指南， 1999 [17] 刘子英，陈剑云，焦在滨 .基于 PLC的变电站 SCADA系统的研究 .华东交通大学学报 .， 19（ 1）： 1720 [18] 马永翔 . PLC在发电厂及变电所中央信号系统中的应用 .电工技术（工业自动控制） .2020，（ 6）： 2425 [19] 徐华军，严石 . PLC 与上位计算机的串行通信程序设计 .长沙通信职业技术学院学报 .， 5（ 1）： 5154 [20] 魏巍，田芳方 .S7200PLC 与上位机串行通信设计 .煤矿现代化 .2020，（ 2）：4647 [21] 周勇，裴金勇，王立 .变电站综合自动化系统结构与 通信 .宁夏电力 .1998，（ 3）：14 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） 28 [22] 刘玉忠，吴俊勇，刘沛 .变电站综合自动化系统中的数据通信 .电力系统及其自动化学报 .，（ 4）： 4044 [23] 潘志群 .基于 PLC 变电站自动化系统设计 .地下。