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1、PLC在变电站变压器自动化中的应用摘 要变电站自动化，也称变电站综合自动化，是伴随着计算机及大规模集成电路技术的发展而出现的，国际上在20世纪70年代末就研制出了实验系统。到了90年代，计算机的性能也十分强大、稳定，价格持续下降，并随着计算机通信技术和网络技术的发展，变电站自动化系统的性能也是满足电力系统运行的要求。建设和运行经验表明，变电站自动化系统可带来节省电缆、缩小控制室面积、提高监控水平、积累运行数据和节省人力等方面的显著效益，现已成为新建变电站首选的监控模式。本文通过对变电站自动化的描述，提出了可编程控制器PLC在变压器自动化及变电站综合控制的实现和应用。在第二章中讲述了PLC可编程
2、变压器自动化屏的组成及实现，并讲述了可编程变压器自动化的选择和实施控制的原理。第三章提出了PLC分级递阶控制在变电站综合控制中的结构及应用，还讲述了对通信口的设计。第四章通过对数字化变电站自动化系统的特点和结构的讲述，提出了变电站自动化的新发展。通过PLC在变电站变压器自动化中的实现，让我们更精确的对它实施控制，减少了人工操作的麻烦和避免了一些不必要的损失。关键词:变压器自动化；PLC自动化屏；PLC阶梯控制目 录第2章 可编程控制器的综述42.1 可编程控制器的发展与定义42.2 可编程控制器系统的基本结构52.3 可编程控制器的特点62.4 可编程控制器的应用领域72.5 可编程控制器的发
3、展趋势8(1)向小型化、微型化和大型化、多功能两个方向发展8(2)过程控制功能不断增强8(3)大力开发智能型IO模块8(4)与个人计算机日益紧密结合8(5)编程语言趋向标准化8(6)通信与联网能力不断增强8第3章 可编程控制器的硬件结构93.1 可编程控制器的硬件结构93.1.1可编程控制器的组成93.1.2 可编程控制器的工作原理103.2 PLC控制系统设计的一般步骤11第4章 PLC变压器自动化124.1 变压器及配套设备为常规设备124.2变压器及配套设备为智能化设备134.3 可编程变压器自动化屏的组成及实现144.3.1 PLC的选型144.3.2 可编程变压器自动化屏的硬件144
4、.3.3 PLC的自动化监控程序154.3.4 PLC与监控主计算机串行通讯的实现154.4 可编程变压器自动化屏的运行15第5章 PLC分极递阶控制系统的结构16第6章 PLC分级递阶控制系统在变电站综合控制系统中的应用17第7章 变电站综合自动化通信网络的设计与实现207.1引言207.4.1 硬件的选择22第8章 变电站综合自动化的发展趋势24结束语28参考文献29第1章 前言目前，已经实际运行的综合自动控制系统有：LAS系统、基于CAN/LON网的分散分布式变电站控制系统等，它们在实际应用中取得了较好的成效，但也存在着技术和经济上的各种缺点。本文在研制智能型有载调压变压器监控系统的基础
5、上，从变电站综合自动化发展的大方向(即从集中控制型向分散(层)网络型发展；从专用设备向平台发展，中小变电站综合自动化中的自动化设备有：可编程自动化监控装置、可编程变压器自动化屏、可编程微机计量屏、可编程微机线路保护屏、可编程微机同期系统、可编程中央信号屏、可编程电容屏、可编程微机直流电源系统等均应用了PLC为其智能化单元，并且都能够挂网运行，方便地实现遥信、遥测、遥控功能，取代了传统的RTU。众所周知变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，由于它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着重要的作用。但是，现存的许多老式变电站由于存在安全性、可靠性不能适应电力系统实时控制等
6、一系列缺点而无法满足电力系统现代化的各项要求。已经实际运行的综合自动控制系统有：LAS系统、基于CAN/LON网的分散分布式变电站控制系统等，它们在实际应用中取得了较好的成效，但也存在着技术和经济上的各种缺点。变电站综合自动化包括的内容很多，它是将变电站的二次设备(控制信号、测量保护、自动装置及远动装置等)利用计算机技术、现代通信技术经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、控制和协调的一种综合性的自动化系统。以下仅以变压器有载调压监控系统为例，说明PLC分级递阶控制这种结构体系在变电站综合自动控制中是有效、可行的。由PLC构成的变压器自动化部分在自动化变电站中的实现。适用于老式变电站的自
7、动化改造及新式变电站的建设。第2章 可编程控制器的综述2.1 可编程控制器的发展与定义2.1.1 PLC的发展PLC问世以来随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通信技术的不断进步，PLC也迅速发展。其发展过程大致可分以下3个阶段。(1)早期的PLC(20世纪60年代末至70年代中期)其主要功能是指向原先由继电器完成的顺序控制、定时等功能。(2)中期的PLC(20世纪70年代中期至80年代中、后期)微处理器由于其体积小、功能强、价格便宜，很快被用于PLC，使PLC功能增强、工作速度加快、体积减小、可靠性提高、成本下降。(3)近期的PLC(20世纪80年代中、后期至今)
8、由于大规模集成电路技术的迅速发展，使各种类型的PLC所采用的微处理器档次普遍提高。使得PLC在软件、硬件功能上都发生了巨大变化。现代PLC不仅能够完全胜任对大量开关量信号的逻辑控制能力，还具有了很强的数学运算、数据处理、运动控制、PID控制等模拟量信号处理能力。同时PLC的联网通信能力大大增强，可以构成功能完善的分布式控制系统，实现工厂自动化管理。2.2.2 PLC的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程.可编程控制器及其有关
9、外部设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。总之，可编程控制器是一台专用计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机，它具有多个输入输出接口，并且具有较强的驱动能力。在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。2.2 可编程控制器系统的基本结构可编程控制器是微机技术和继电器常规控制概念想结合的产物，它按照用户程序存储器中预先编制的控制程序，通过输入接口采入现场信息，执行逻辑或数值运算，进而通过输出接口控制各种执行机构动作。它的硬件配置主要由中央处理单元(CPU模块)、信号输入输出模块、电源和编程器等部分组成，如图1.1所示。
10、CPU模块 输出模块输入模块编程器电源模块按钮开关限位开关接触器继电器指示灯图1.1 PLC系统的基本结构2.2.1 CPU模块CPU模块是PLC的主要组成部分，是系统的控制核心。它以循环扫描的方式采集现场各输入装置的状态信号，执行用户控制程序，并将运行结果传送到相应的输出装置，驱动外部负载工作。CUP模块中通常还插装有存储器，PLC的系统程序、用户控制程序和工作数据就绪存储在存储器中。2.2.2 输入输出模块通常，将PLC的信号输入模块和信号输出模块简称为输入输出模块(IO模块)。输入输出模块是PLC的CPU模块与外部控制现场相联系的桥梁。PLC的输入输出模块通常可分为开关量输入模块、开关量
11、输出模块和模拟量输出模块等，分别用于联系不同类型的外部信号。2.2.3 电源PLC通常使用交流220V或直流24V工作电源。它的电源模块为其他各功能模块提供DC5V、DC12V、DC24V等各种内部直流工作电源。一般情况下，许多PLC可以为输入电路和外部的传感器提供24V的工作电源，但是驱动PLC负载的直流电源或交流电源一般由用户提供。2.2.4 编程器及其他选件编程器是编制、编辑、调试、监控PLC的用户程序的必备设备。它通过通信接口与PLC的CPU模块相联系，完成人机对话。小型PLC的程序编制可直接使用简易的手持式编程器来完成，较为复杂的编程一般使用专门的编程软件。编程软件可以安装在普通计算
12、机上，程序编制好后通过通信电缆下载到PLC中。PLC还可以选配其他设备，如盒式磁带机、打印机、EPROM写入器、人机接口单元、网络连接设备等，可以根据实际需要进行配置。2.3 可编程控制器的特点2.3.1 高可靠性和强干扰能力PLC具有很高的可靠性和很强的抗干扰能力，平均无故障工作时间可达数万小时，可以直接用于有很强烈干扰的工业生产现场并持续工作。2.3.2 丰富的IO接口模块PLC除具有普通计算机的基本部分(如CPU、存储器等)外，还有丰富的IO接口模块。对不同的工业现场信号(交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱点等)，设计有相应的IO模块与工业现场的器件或设备(按钮
13、、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等)直接连接。2.3.3 灵活性好PLC的各个部件，包括CPU、电源、IO等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。相对于传统的电气控制线路，PLC为改进和修改原设备提供了极其方便的手段，通过修改或重新编写应用软件，就可以用一台PLC实现不同的控制功能。2.3.4 编程简单易学PLC大多采用梯形图作为主要的编程语言。梯形图是一种面向用户的编程语言，它的表达方式类似于继电器控制系统电路图，具有形象直观、易学易懂的特点。对于熟悉继电器控制电路图的电气技术人员来讲，很快就可以学会梯形图语言，并用来
14、编制用户所需程序。2.3.5 系统安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只须将现场的各种设备与PLC相应的IO端相连接，即可投入运行。PLC的各种模块上大多都有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。2.4 可编程控制器的应用领域2.4.1 逻辑控制逻辑控制是PLC最基本的应用，它可以取代传统的继电器控制装置，如机床电气控制、各种电机控制等，可实现组合逻辑控制、定时控制和顺序逻辑控制等功能。PLC的逻辑控制功能相当完善，可用于单机控制，也可用于多机群控
15、制及自动生产线控制，其应用领域已普及各行各业。2.4.2 运动控制PLC使用专用的运动控制模块，可对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，实现单轴、双轴和多轴位置控制，并使运动控制和顺序控制功能有机结合在一起。PLC的运动控制功能可用于各种机械，如金属切削机床、金属成形机械、机器人、电梯等场合，可方便地实现机械设备的自动化控制。2.4.3 闭环过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过其模拟量IO模块，及数据处理和数据运算等功能，实现对模拟量的闭环控制。现代的大中型PLC一般都有PID闭环控制功能，这一功能可以用PID子程序或专用的PID模块来实现，可用于热处理炉、锅炉、塑料挤压成形机等设备的控制。2.4.4 数据处理现代PLC具有数学云端、数据传送、转换、排序和查表功能，可以完成数据的采集、分析和处理等操作。这些数据可以与储存在存储器中的参考值进行
