PLC在变电所备用电源的应用.doc

1、PLC在变电所备用电源的应用内容提要：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，

2、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：PLC；一线两站；备用电源自动投入。目 录引 言1第一章 硬件电路设计21.1 总体设计21.1.1 系统实现功能21.1.2 性能参数31.1.3 系统整体布局31.1.4 PLC应用中注意问题31.2 PLC简介31.2.1可编程控制器简介31.2.2可编程控制器与其他工业控制系统的比较41.2.3 继电器控制51.3电气主接线图5第二章 备自投的基本要求及动作程序62.1备自投的基本要求62.1.1备自投的基本要求62.2备自投的动作程序72.3 PLC主要抗干扰措施9第三章 PLC系统配置及程序设计93.1

3、 PLC的系统配置93.2程序设计10结 论12致 谢13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。第一章 硬件电路设计1.1 总体设计1.1.1 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.

4、2 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1.1.3 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。1.1.4 PLC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1.2 PLC简介1.2.1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

5、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

6、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

7、1.2.2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）D

8、CS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

9、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。 1.2.3 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

10、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

11、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

12、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QF1QF2QF4QF5QF6均在合闸状

13、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WL1CDWL2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

14、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。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IYJ2YJ3YJ4YJ启动,其常闭触点闭合;由于线路CD有压,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

15、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,3YJ4YJ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

16、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WL1CD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

17、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，完善接地系统第三章 PLC系统配置及程序设计3.1 PLC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

18、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S7-20

19、0系列设计的编程软件包，梯形图和语句表可相互转换。图3-2系统控制的梯形结 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装置得到了很好的控制，供电可靠性有了很大的提高。该设计表明，该系统很好的解决了传统时间继电器延时误差大和同一哭器件动作值差异较大的问题，给继电保护的整定和调试带来了方便。同过本次论文的写作我获得了很大的收获：首先对大学二年所学过的知识进行了有次综合性的总结和运用，在写作过程中，我进一步掌握了PLC系统的应用。对PLC系统和变电所备自投装置的相关知识也有了较为深刻的认识。由于本人知识水平有限，本文还存在很多错误与不足之处，望老师门

20、多提宝贵意见，多加批评指正。致 谢在做此设计过程中，得到老师的悉心指导下，才得以完成这个项目的设计。在这篇论文写作过程当中老师给了我莫大的鼓励和帮助。在此课程设计的各项安排，以及论文中遇到的问题，老师多次给我讲解论文需要的相关知识，提出了许多建设性的宝贵意见，在此对他表示衷心的感谢。没有他们的大力帮助，就不可能有作者今天的课程设计。感谢我的爸爸妈妈，焉得草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康是我最大的心愿感谢通信电子学院所有关心、帮助过我的老师。 第 13 页 参 考 文 献1 耿红旗，吕冬梅，可编程序控制器应用教程M，北京：中国水利水电出版社， 2001年。2 弭洪涛，可编程序控制器（PLC）原理及应用M，北京：中国水利水电出版社， 1998年。3 何衍庆，可编程序控制器原理及应用技巧M，北京：化工业出版社， 1998年。4 于庆广，可编程序控制器原理及系统设计，北京：清华大学出版社， 2005年。5 张桂香，电气控制与PLC应用，北京：化学工业出版社，2001年。