PLC在智能型配电系统中的应用

1 系统概述

　　智能型低压配电系统a是采用先进的计算机技术、微电子技术、电力电子控制技术以及网络通信等技术设计制造，具有运行状态和电量参数自动检测、自动控制和自动故障应急处理能力、并具有网络通信能力的高性能、高可靠性的低压配电系统。智能型低压配电系统一般由若干面通过通信网络联接的智能型低压开关柜或非智能型低压开关柜组成。
　　智能型低压配电系统不同于智能型低压开关柜。国际上各大公司推出的低压开关柜均属于智能型低压开关柜范畴。如英国ALSTOM公司GALAXIS和TRIMLINE系列，德国西门子公司SIVACON系列，ABB公司HONOR系列，HENSEL公司SAS系列，MOELLER公司MODAN6000系列等。严格意义上的智能型低压开关柜，其配置应为全智能型器件及控制设备的开关柜。而智能型低压配电系统其配置是根据具体工程的需要，既能配置成全智能型器件及控制设备的开关柜，又能配置成全部使用传统电器元件及控制设备的开关柜，同时也能混合配置。给用户选用提供了较大的灵活性，以满足不同的需要。
　　在智能配电系统出现之前，配电系统中应用较多的是计算机监测系统，大多不具备现场控制功能，只是在开关柜中安装了采集控制模块，负责开关柜中各回路参数和状态的采集。我们近年研究开发的智能型低压配电系统，较好地解决了计算机只监不控的问题。
　　在智能型低压配电系统中，使用普通电动型空气断路器（或空气开关）作为执行器，使用德国金钟公司的PS4系列PLC（可编程序控制器）作为运行状态和参数自动检测、自动控制的控制器件。各PLC作为从站，分别安装在各开关柜中。主站选用具有网络通信能力的PS416PLC。从站与从站和主站之间，通过RS485通信网络接口联接，进行数据交换。从站可以把各开关柜中有关断路器（开关）的状态和电量参数送往主站，也可以接受主站的遥控操作命令，对断路器（开关）进行开关控制。
　　作为从站之一的微型机，是配电站的操作控制台。可以显示各断路器（开关）的运行状态（正常开关或故障），能显示并记录三相电源的电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数等参数，可以通过鼠标对断路器（开关）进行开关控制。
　　智能型低压配电系统，可以很方便的通过外加通信模块，与Profibus现场总线或其它计算机通信网络联接，也能与通信、消防、办公等自动化一起构成楼宇自动化系统。

2 PLC及其扩展模块

　　系统中选用德国金钟公司的PS416PLC作为主站，负责网络通信管理及运行状态和参数自动采集、汇总、交换；各断路器（开关）之间联锁保护；分配控制指令到各从站等任务。PS416主要配置：612KB－RAM，可扩展512/1024KB外部存储模块；机箱有9/13/19插槽，可根据需要选择；PS416的功能模块有电源模块、CPU模块、输入/输出模块和通信模块等。CPU模块本身具有一个编程口和一个最大可扩展30个Suconet K从站的RS485通信口。PS416作主机时，可插6块Suconet K通信模块，每块通信模块最大可扩30个从站；通过PS416－NET－230通信模块可以联接到Profibus总线上；使用Windows环境下IEC1131标准的Sucosoft S40编程软件。
　　系统中的智能从站主要由PS4－151－MM1来担任，完成独立开关柜中的数据采集和控制，如无功功率补偿开关柜等　。PS4－151－MM1主要配置：32KB－RAM，可再插入32KB－RAM/128KB－EEPROM；16数字输入，8继电器输出；2模拟输入1模拟输出；一个编程口和一个RS485通信口。
　　系统中用作非智能从站的EM4远程扩展模块；16位数字输入扩展模块EM4－201DX2，每块EM4－201DX2可最大扩展本地输入/输出模块6个
　　系统中用作数据采集从站的EM4－101AA2，含有4路电压/4路电流（8/12Bit）模拟输入和4路电压（8/12Bit）模拟输出；输入信号电平为0~10V或4~20mA，输出信号电平为0~10V，+10V。
　　用作非智能从站的输出口扩展的LE4扩展模块：LE4－108XR1为继电器输出。

3 检测器件与开关器件

　　在智能型低压配电系统中，电流、电压等信号的检测需要高性能、高可靠性、工作范围宽、体积小的检测器件和相应的电量变送器，把电流、电压等信号变换成0~10V或4~20mA的信号。这类检测器件主要有电流互感器（铁心互感器、空心互感器及霍尔传感器）、电压互感器、漏电流检测互感器、温度传感器等。对于有功功率的测量，则是无目的地使用带有计数脉冲输出的三相有功功率电度表。
　　普通电动国型空气断路器是智能型低压配电系统的主要器件，主要用于主进回路和联络母联的开关控制，也用于大负荷馈电回路的开关控制。它具有过载脱扣整定，过载、短路、失压保护等功能，有合闸、分闸和脱扣指示；合闸线圈和分闸线圈分别使用脉冲控制信号。在我们做的几个系统中，检测器件和开关器件主要使用的是德国金钟公司产品，其它公司的产品也满足系统的要求。

4 系统配置

　　本节以某厂配电系统为例，简要介绍PLC技术的应用情况。
　　使用了PS416主要1台，监控计算机1台，EM4－101AA2　6台，PS4－151－MM1　6台，LE4－108XR1　6台。从站设备从Suconet K口，经双胶线联接在CPU模块的RS485通信口上。1.X.O为该从站设备在系统中的地址号，NO.X为该设备所在的开关柜柜号。系统中监控计算机作为上位机用，联接在CPU模块的编程口上。
　　由配电系统图（略）知，系统有两路主进供电，一台供电一台备用，这是一个典型的一主一从供电系统。系统的联锁关系是：当一路主进供电时，联络母联可合可分；联络母联合时另一路主进不可合；双路供电时联络母联不可合；当一路主进失电后另一路主进自动投入供电。在设计控制程序时，我们将系统运行设计成三种运行方式，即主一供电方式，主二供电方式，双路供电方式，自动应急处理程序包含在主一和主二供电方式中。
　　1、13号柜分别为主进一、二开关柜，2、12号柜为无功功率补偿开关柜，7号柜为联络母联开关柜，其它柜为馈电开关柜。

5 编程说明

　　对PLC编程采用Windows环境下IEC1131标准的Sucosoft S40编程软件。该编程具有指令、梯形图和功能模块三种方式。为方便通信，我们一般采用指令式。在主控程序中设计时，昼按功能分模块设计，主程序调用，便于在线调试和排错。系统总线上虽然PLC模块较多，但因其地址是惟一的，读写就像访问本地I/O口一样方便。断路器合闸线圈和分闸线圈都使用脉冲信号，其脉冲宽度不能太宽，以Is为宜。认真处理PLC程序与电动按钮开关之间的关系，以确保二者不互相影响。否则会造成电动和手动合不上或分不断的现象。主站和智能从站的通信字节定义要相同。

6 系统特点

　　6.1 软件配置先进　
　　监控计算机操作系统为Windows98，低压配电系统的监控软件，对整个配电系统进行管理、监控、数据输出和通信处理；软件平台为Visual Basic6.0，有着良好的人机界面，完善的图形编程功能。

　　6.2 自动化程度高　
　　用计算机进行集中控制，开关柜各配电回路的电流、电压、功率、功率因数等运行参量以及运行状态、故障信息等可在计算机上监测、记录及报表打印，计算机可发出指令，改变系统运行方式，控制相应的断路器通断。

　　6.3 可靠性高　
　　智能配电系统具有多重的联锁，如主进断路器和母联断路器的联锁都是双重的，即既有硬件上的机械联锁又有通过触点进行的电联锁，在PLC的程序中有软件联锁，监控计算机上也有软件联锁，在选定运行方式后，允许/不允许操作条件自动形成。此时通过监控计算机操作时，即使发出错误指令，该错误命令也不会被执行，并文字提醒错误类型。

　　6.4 可操作性强　
　　系统具有多种操作方式，可在柜体上使用电动按钮操作，在断路器或开关上使用手柄操作，在监控计算机上可以通过鼠标进行开关控制。

　　6.5 可扩展性强　
　　软件部分分成测量与控制模块，数据交换等模块；硬件部分模块标准化，做到结构规范，模块更换便利，系统扩展变动时修改内容少。

7 结束语

　　随着社会对自动化程度要求的不断提高，各种智能型的系统设备也不断出现，而供配电系统是一切自动化和智能型系统设备的基础。提高供配电系统的自动化水平，将是新世纪对供配电系统的要求。采用PLC和Suconet K总线或其它总线的智能型配电系统，符合未来配电系统的发展方向。


产品配置:
PLC
适用领域及情况:
供配电系统