1 引言

    近年來(lái),，35kV及以上等級(jí)變電站越來(lái)越多實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守,，而站內(nèi)低壓用電是保證變電站各種電氣設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的基礎(chǔ)，因此對(duì)變電站低壓配電屏進(jìn)行有效監(jiān)控就越發(fā)顯得重要,。低壓配電屏一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般設(shè)計(jì)為兩路進(jìn)線,，通過(guò)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)ATS或者聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)不同電源之間的切換，出線負(fù)荷可根據(jù)實(shí)際需求配備相應(yīng)的開(kāi)關(guān),。在低壓配電屏中加入智能控制系統(tǒng),，不僅可準(zhǔn)確掌握相關(guān)電量參數(shù)、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換,、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能,，還可豐富產(chǎn)品內(nèi)涵，極大提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力,。本文主要介紹低壓智能控制屏的設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方式,，通過(guò)系統(tǒng)的集成，將PLC,、觸摸屏,、PM表、電壓檢測(cè)模塊等智能設(shè)備有機(jī)的結(jié)合在一起,，完成對(duì)進(jìn)出線開(kāi)關(guān)及相關(guān)電力參量的有效監(jiān)控,。

2 設(shè)計(jì)要求

    低壓智能控制屏的設(shè)計(jì)要求主要有兩部分：(1)電力參數(shù)及進(jìn)出線開(kāi)關(guān)狀態(tài)采集、就地顯示及上傳,；(2)兩路進(jìn)線電源自動(dòng)切換,。

    電力參數(shù)需要采集兩路進(jìn)線的電流、電壓,、頻率,、功率因數(shù)、有功功率,、無(wú)功功率,、有功電能、無(wú)功電能等參數(shù),。進(jìn)出線開(kāi)關(guān)狀態(tài)要求實(shí)時(shí)反映低壓配電屏進(jìn)線,、出線開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。設(shè)計(jì)要求將上述遙測(cè)遙信量就地顯示于人機(jī)界面,，并能準(zhǔn)確上傳至上級(jí)監(jiān)控平臺(tái),。

    為了確保供電可靠性，變電站低壓配電屏設(shè)計(jì)為兩路進(jìn)線，通過(guò)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)ATS或者母聯(lián)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)兩路電源之間的切換,。采用ATS的方式時(shí)，該設(shè)備有0,、l,、2三種位置狀態(tài)。當(dāng)ATS處于0位置時(shí),，兩路電源皆不投入,；當(dāng)處于l位置時(shí)，I路電源投入運(yùn)行,；當(dāng)處于2位置時(shí),，II路電源投入運(yùn)行?；贏TS的控制特點(diǎn),，要求智能控制系統(tǒng)對(duì)ATS有五種控制模式，分別是：停止,、固定電源I,、自動(dòng)電源I、固定電源II,、自動(dòng)電源II,，綜合匯總?cè)绫?所示。

    采用母聯(lián)開(kāi)關(guān)的方式時(shí),，一般采用兩進(jìn)線一母聯(lián)的“三合二”的控制方式保證供電,，實(shí)現(xiàn)方式與ATS類似，不再贅述,，下面僅以ATS為控制對(duì)象加以說(shuō)明,。

3 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

3．1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及硬件分析

    按照上述設(shè)計(jì)要求，在考慮滿足性能的同時(shí),，還要兼顧整體價(jià)格的平衡,，因此系統(tǒng)設(shè)備的選型需慎重考慮。智能控制系統(tǒng)不僅要完成自動(dòng)控制的功能,，還要完成與底層設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)總線通信功能,。因此通過(guò)綜合考慮，智能控制系統(tǒng)的核心設(shè)備選擇了施耐德公司的小型PLC：TWDLCAFAODRF,。該設(shè)備在本體有24個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn),，16個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)，還可以通過(guò)擴(kuò)展模塊將IO點(diǎn)數(shù)最大擴(kuò)展至264點(diǎn),。該設(shè)備更為強(qiáng)大的是有三個(gè)通信口：1個(gè)可作為通信用的編程口,；1個(gè)RS485通信口；1個(gè)以太網(wǎng)接口，該P(yáng)LC具有很強(qiáng)的集成與擴(kuò)展能力,。參閱圖l中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),，Twido作為核心控制單元，通過(guò)以太網(wǎng)上聯(lián)觸摸屏以及上級(jí)監(jiān)控平臺(tái),，通過(guò)RS485現(xiàn)場(chǎng)總線下接智能接口設(shè)備,，還能通過(guò)I／O硬接線連接開(kāi)關(guān)的輔助觸點(diǎn)，完成輸入輸出控制,。

    電力參數(shù)的采集主要使用施耐德公司的PM200,，該產(chǎn)品通過(guò)對(duì)電流電壓的測(cè)量，計(jì)算出各種電力參數(shù),，并通過(guò)RS485通信口與上位機(jī)連接,，是一種經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的多功能電力測(cè)量?jī)x器。進(jìn)出線開(kāi)關(guān)狀態(tài)采集使用PLC與CCMl6采集器相結(jié)合的方式,。與PLC在同一面屏的開(kāi)關(guān),，將其輔助觸點(diǎn)接入PLC開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)，與PLC不在同一面屏的開(kāi)關(guān),，在該屏配備開(kāi)關(guān)量采集模塊CCMl6,，將輔助觸點(diǎn)接入CCMl6，然后通過(guò)通信口上傳至PLC,。具體接線示意圖可參見(jiàn)圖l的左下角部分,。

    人機(jī)界面選用臺(tái)灣威倫通公司的觸摸屏MT8104，該產(chǎn)品擁有65536色,、TFT LCD,；USB打印機(jī)接口；3組串口可同時(shí)使用3種不同通訊協(xié)議,；支持100M以太網(wǎng),，是完全應(yīng)工業(yè)所需研制而成的高品質(zhì)觸控式工業(yè)用人機(jī)界面。圖1中觸摸屏通過(guò)以太網(wǎng)與Twido相連,，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示,、趨勢(shì)曲線描繪、告警信息匯總,、控制命令輸入等等人機(jī)交互功能,。從圖l可看出，PLC通過(guò)RS485通信口與底層智能設(shè)備連接,，以現(xiàn)場(chǎng)總線的方式將數(shù)據(jù)采集到PLC,，并通過(guò)程序?qū)⑾嚓P(guān)信息存儲(chǔ)到內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)。就地顯示使用觸摸屏,，實(shí)時(shí)反映配電屏的運(yùn)行狀態(tài),，顯示電流電壓趨勢(shì)曲線以及系統(tǒng)相關(guān)的告警及運(yùn)行信息,。上級(jí)監(jiān)控平臺(tái)可以通過(guò)以太網(wǎng)接入到本智能監(jiān)控系統(tǒng)，利用MODBUS TCP／IP通信規(guī)約進(jìn)行信息交換,，通信速率可達(dá)到100M／S,，保證了數(shù)據(jù)更新的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性。

3．2 PLC編程實(shí)現(xiàn)

    使用與Twido PLC配套的編程軟件Twidosoft實(shí)現(xiàn)既定的控制邏輯及智能口通信功能,。對(duì)于ATS控制的關(guān)鍵點(diǎn)在于電源的檢測(cè),，為此選用Carlo GaVazzi公司的DPB7lCM23型電壓檢測(cè)模塊。該模塊能夠檢測(cè)輸入電壓的欠壓,、過(guò)壓、缺相,、反相等狀況,，通過(guò)輔助觸點(diǎn)提供必要的信息，并且在模塊面板上有指示燈反映故障信息,。

    以自動(dòng)電源1模式為例說(shuō)明控制邏輯原理：(1)在遠(yuǎn)程控制模式下,，操作人員通過(guò)觸摸屏發(fā)出控制指令，兩路電源都正常,，電壓檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)電源狀況,， PLC控制ATS先處于1位置； (2)電源I不正常,，電壓檢測(cè)模塊發(fā)出電壓不正常信號(hào),，PLC經(jīng)過(guò)延時(shí)后，控制ATS斷開(kāi)1位置,，回到0位置,；(3)經(jīng)過(guò)一定延時(shí)后，PLC斷開(kāi)0位置,，轉(zhuǎn)到2位置,，使用電源II供電； (4)當(dāng)電源I恢復(fù)正常時(shí),，電壓檢測(cè)模塊發(fā)出電壓正常信號(hào),，PLC斷開(kāi)2位置，回到0位置,； (5)經(jīng)過(guò)延時(shí),，PLC控制ATS斷開(kāi)0位置，回到1位置,，恢復(fù)電源I供電,。在自動(dòng)電源1模式下，如果電源2不正常,，ATS保持在1位置不動(dòng)作,。如果兩路電源都不正常,，PLC控制ATS處于停止?fàn)顟B(tài)。

    在本智能控制系統(tǒng)中,，PLC有效地對(duì)底層智能口進(jìn)行通信也是非常關(guān)鍵的,。Twidosoft軟件提供了強(qiáng)大的通信宏功能。通信宏通過(guò)簡(jiǎn)單的配置,，指定好通信口的相關(guān)參數(shù)如波特率,、設(shè)備地址、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)等就可以與底層設(shè)備進(jìn)行通信了,。該軟件最大支持總共32個(gè)通信宏,，即最大32個(gè)子設(shè)備的智能通信。通信宏支持MODBUS以及TCP／IP通信規(guī)約,。

    實(shí)際編程中,，由于MODBUS主從應(yīng)答式的通信機(jī)制，需要逐次分步調(diào)用通信宏,，因此在程序開(kāi)頭應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)步進(jìn)計(jì)數(shù)器,。步進(jìn)計(jì)數(shù)器利用系統(tǒng)脈沖信號(hào)產(chǎn)生步進(jìn)脈沖，每個(gè)步進(jìn)脈沖調(diào)用一次通信宏,，以此來(lái)控制每次PLC主站與底層設(shè)備子站之間的通信,。

    下面結(jié)合圖2編程實(shí)例說(shuō)通信宏調(diào)用的機(jī)理。梯形圖第10行表示步進(jìn)計(jì)數(shù)器的第l步發(fā)生時(shí),，使內(nèi)存點(diǎn)％M1為l,，同時(shí)將需要采集數(shù)據(jù)的首地址存入通信宏指定的臨時(shí)變量％MW23。第11行表示在％Ml上升沿時(shí)調(diào)用通信宏COMMl的讀N字指令,，具體是讀10個(gè)字,。第12行表示在％Ml下降沿時(shí)，將宏讀到的10個(gè)字的數(shù)值賦值到從內(nèi)存點(diǎn)％MWl00開(kāi)始的10個(gè)字,。

3．3 人機(jī)界面功能設(shè)計(jì)

    觸摸屏與PLC通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行連接,，使用MODBUS TCP／IP通信規(guī)約進(jìn)行信息交換，兩者的傳輸速率可達(dá)到100M／S,，保證了數(shù)據(jù)刷新的實(shí)時(shí)性,。人機(jī)界面的功能設(shè)計(jì)包括四部分：系統(tǒng)電力參數(shù)及開(kāi)關(guān)狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示；密碼管理及開(kāi)關(guān)操作：電流電壓趨勢(shì)曲線圖,；系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及告警信息顯示,。

    電力參數(shù)及開(kāi)關(guān)狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示主要包括PM200的三相電流、相電壓,、線電壓,、頻率、功率因數(shù),、有功功率,、無(wú)功功率,、視在功率、有功電能,、無(wú)功電能,、視在電能、ATS位置狀態(tài),、出線開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)等等,。密碼管理及開(kāi)關(guān)操作功能設(shè)計(jì)為需要輸入正確密碼才能在觸摸屏發(fā)出控制命令，如控制模式及ATS位置的轉(zhuǎn)換,。電流電壓趨勢(shì)曲線圖將三相電流,、三相電壓的趨勢(shì)曲線反映到人機(jī)界面，具有前后翻動(dòng)顯示或者曲線保持的功能,。人機(jī)界面還有系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及告警信息匯總顯示功能,，方便操作人員及時(shí)快速掌握系統(tǒng)存在的問(wèn)題。

4 應(yīng)用情況

    低壓智能控制屏采用了先進(jìn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),，對(duì)底層智能設(shè)備的通信非常穩(wěn)定，實(shí)時(shí)反映低壓配電屏的運(yùn)行狀態(tài)以及電力參數(shù),。在自動(dòng)運(yùn)行的情況下,，智能控制系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確判斷電源情況，根據(jù)設(shè)定好的程序完成電源的自動(dòng)切換,。人機(jī)界面簡(jiǎn)潔友好,，便于操作人員掌握系統(tǒng)全部運(yùn)行情況。目前本低壓智能控制屏推出一年多以來(lái),，已成功應(yīng)用在超過(guò)50個(gè)35kV及以上電壓等級(jí)的大型變電站的站用低壓配電系統(tǒng)中,，以其穩(wěn)定準(zhǔn)確、功能完善的特點(diǎn)得到了用戶的好評(píng),。隨著越來(lái)越多的大型變電站的興建或技術(shù)改造,，本低壓智能控制屏也將得到更大范圍的推廣和應(yīng)用。

5 結(jié)語(yǔ)

    本文主要介紹了基于PLC技術(shù)的低壓智能監(jiān)控屏的設(shè)計(jì)及應(yīng)用情況,。低壓智能監(jiān)控屏結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線及以太網(wǎng)技術(shù),，有效地將各種智能設(shè)備集成為具有實(shí)時(shí)顯示、自動(dòng)控制的監(jiān)控系統(tǒng),。本智能監(jiān)控系統(tǒng)與低壓配電屏的融合,，極大地提高了配電屏的技術(shù)含量，豐富了產(chǎn)品內(nèi)涵,，提高了配電用電的安全性和可靠性,，且配置簡(jiǎn)單，性價(jià)比高,，可移植性強(qiáng),，是值得廣大配電屏生產(chǎn)廠家大力推廣應(yīng)用的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng),。