呂志香 錢靜

摘 要：隨著變配電系統(tǒng)在綜合性以及多功能方面的不斷發(fā)展，配電系統(tǒng)的可靠性具有了更高的要求，因此，加強(qiáng)對(duì)供配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。文章主要以小區(qū)配電房作為基礎(chǔ)研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了具有自動(dòng)檢測(cè)功能的監(jiān)控系統(tǒng)。以S7-300PLC作為核心控制器，通過控制程序設(shè)計(jì)以及WinCC監(jiān)控界面實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控，并對(duì)圖形監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：PLC；供配電；監(jiān)控系統(tǒng)；變電站；組態(tài)；WinCC

引言

近年來，隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的飛速發(fā)展以及應(yīng)用，對(duì)供配電的有效性提出了更高的要求，積極進(jìn)行電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的升級(jí)改造，提升可靠性以及有效性是進(jìn)行電力系統(tǒng)自動(dòng)化智能化的有效手段，對(duì)于滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和電力的需求具有一定的推動(dòng)作用。目前，現(xiàn)代新型小區(qū)配電房監(jiān)控系統(tǒng)都是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)供配電中所有的設(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和控制，這樣能夠保證系統(tǒng)的有效以及安全運(yùn)行[1]。當(dāng)前在我國(guó)快速發(fā)展的、具有理想化系統(tǒng)及合理組態(tài)的供配電系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中越來越廣泛。因此做好現(xiàn)代小區(qū)配電房管理工作，對(duì)于提高小區(qū)居民生活質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本配電房自動(dòng)化系統(tǒng)采用PC機(jī)作為監(jiān)控單元，以S7-300PLC作為控制單元，實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）采集配電房?jī)?nèi)各主要設(shè)備點(diǎn)的溫濕度以及門禁防盜信號(hào)等狀態(tài)數(shù)據(jù)；

（2）小區(qū)配電房?jī)?nèi)配電變壓器的數(shù)量和容量都很龐大，在運(yùn)行過程中變壓器自身產(chǎn)生的有功功率損耗和無功功率消耗都很大，當(dāng)負(fù)荷變化較大時(shí)，擇優(yōu)選取變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，自動(dòng)控制變壓器的投入和切除，從而降低損耗、節(jié)約電能并延長(zhǎng)變壓器使用壽命；

（3）實(shí)時(shí)采集并顯示配電房輸出電壓、電流、功率、頻率等電能質(zhì)量參數(shù)；

（4）根據(jù)電壓、無功功率等參數(shù)智能地控制變壓器的有載調(diào)壓裝置及電容器的投切，使得配電房供電系統(tǒng)電壓和無功功率滿足小區(qū)用電要求，有效減少電網(wǎng)損耗；

（5）在配電輸出參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，發(fā)出報(bào)警提示，提醒管理人員進(jìn)行設(shè)備檢查[2]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由S7-300PLC（CPU314C-2DP）、分布式I/O ET200以及上位機(jī)組成，其硬件接線框圖如圖1所示。

2.2 原理分析

本系統(tǒng)采用西門子公司的S7-300PLC作為核心控制器，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的程序控制，溫濕度等模擬量的采集通過傳感器進(jìn)行檢測(cè)并利用變送器將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成0-10V電壓信號(hào)，然后送到CPU314C-2DP的內(nèi)部模擬量輸入通道，通道設(shè)置如圖2所示。然后調(diào)用比例變換模塊FC105，將變送器輸出信號(hào)變換成實(shí)際溫濕度等模擬量的實(shí)際測(cè)量值，并將檢測(cè)信號(hào)通過可視化組態(tài)軟件WinCC在上位機(jī)上進(jìn)行輸出顯示[4]。那么PLC與WinCC的數(shù)據(jù)通信設(shè)置需要添加驅(qū)動(dòng)程序，并且設(shè)置MPI連接參數(shù)，驅(qū)動(dòng)程序和參數(shù)設(shè)置分別如圖3和圖4所示。

2.3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）本系統(tǒng)采用S7-300PLC作為控制單元，硬件設(shè)計(jì)沒模塊化結(jié)構(gòu)，所有模塊均安裝于機(jī)架插槽上，安裝方式靈活多變，若模塊發(fā)生故障，更換簡(jiǎn)單快捷[4]。

（2）WinCC人機(jī)界面可以實(shí)現(xiàn)用戶權(quán)限管理，可添加用戶，更改用戶密碼；可實(shí)時(shí)顯示電壓、電流、功率等系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，及時(shí)了解配電系統(tǒng)工作狀況。

（3）PLC是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，在硬件方面，開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體器件完成，減少故障的發(fā)生率；在軟件方面，具有良好的自診斷功能，一旦發(fā)生異常狀況，CPU會(huì)立即采取措施，防止故障擴(kuò)大，系統(tǒng)的可靠性很高。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件包括上位機(jī)監(jiān)控程序和下位機(jī)PLC控制程序兩部分。上位機(jī)采用西門子公司的可視化組態(tài)軟件WinCC進(jìn)行設(shè)計(jì)，是基于PC的人機(jī)界面（HMI）軟件系統(tǒng)[5]。下位機(jī)PLC控制程序采用STEP7標(biāo)準(zhǔn)軟件包LAD程序編輯器進(jìn)行程序編寫。

3.1 PLC軟件設(shè)計(jì)

西門子PLC種類繁多，S7-300PLC屬于中小型PLC，其電源模塊、CPU模塊以及信號(hào)模塊等都是獨(dú)立的，可以通過U形總線把電源模塊、CPU模塊和信號(hào)模塊緊密固定在西門子S7-300的標(biāo)準(zhǔn)軌道上。在進(jìn)行系統(tǒng)硬件組態(tài)時(shí)，電源模塊（PS）總是安裝在機(jī)架的最左邊（1號(hào)槽），CPU模塊安裝在2號(hào)槽，機(jī)架的3號(hào)槽作為擴(kuò)展槽，如需進(jìn)行擴(kuò)展，則在3號(hào)槽插入接口模塊IM，否則3號(hào)槽懸空，4-11號(hào)槽安裝信號(hào)模塊SM。應(yīng)用S7-300PLC進(jìn)行小區(qū)配電房監(jiān)控系統(tǒng)的過程設(shè)計(jì)，具體實(shí)施步驟如下[6]：（1）詳細(xì)了解小區(qū)配電房監(jiān)控系統(tǒng)的要求及指標(biāo)，分析配電房監(jiān)控系統(tǒng)中溫濕度檢測(cè)、電能質(zhì)量參數(shù)、配電設(shè)備的動(dòng)作等監(jiān)控要求的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的點(diǎn)數(shù)，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求選擇合適的電源、CPU、輸入/輸出模塊、通信電纜線等硬件。（2）合理分配輸入/輸出信號(hào)的地址，完成硬件電路的接線。（3）根據(jù)配電房監(jiān)控系統(tǒng)要求進(jìn)行控制程序的編寫，先利用PLCSIM仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真調(diào)試，然后在仿真測(cè)試成功后進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。

3.2 WinCC人機(jī)界面設(shè)計(jì)

組態(tài)監(jiān)控軟件是處在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層以及的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的監(jiān)控功能，主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)、石油化工等行業(yè)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控領(lǐng)域。常見的組態(tài)軟件有WinCC、組態(tài)王及MCGS等，本監(jiān)控系統(tǒng)選用西門子公司的視窗控制中心SIMATIC WinCC，它是一個(gè)集數(shù)據(jù)采集監(jiān)控與管理一體的可視化組態(tài)軟件，因其同屬西門子公司，提供了所有重要的通訊通道，與下位機(jī)S7-300PLC的通訊非常簡(jiǎn)單方便[7]。

小區(qū)配電房監(jiān)控系統(tǒng)包括用戶管理功能、配電系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控功能、配電房?jī)?nèi)溫濕度檢測(cè)和防盜報(bào)警功能。用戶管理功能主要實(shí)現(xiàn)管理員登錄、密碼修改以及添加新用戶等。配電系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控功能主要實(shí)現(xiàn)對(duì)小區(qū)配電系統(tǒng)的輸出的相電壓、相電流、線電壓、線電流、輸出功率等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，數(shù)值偏高或偏低均需進(jìn)行報(bào)警提示，當(dāng)工作人員發(fā)現(xiàn)問題并解決相應(yīng)的問題之后，報(bào)警信號(hào)方可解除。配電房?jī)?nèi)溫濕度檢測(cè)及防盜報(bào)警功能主要實(shí)現(xiàn)對(duì)配電房?jī)?nèi)主要電力設(shè)備點(diǎn)的溫濕度通過傳感器進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)到的信號(hào)送入PLC進(jìn)行處理，然后傳送給上位機(jī)進(jìn)行顯示，當(dāng)檢測(cè)到的溫濕度值不能保證電力設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)出報(bào)警提示；防盜采用門禁系統(tǒng)，若被強(qiáng)制打開，則發(fā)出警告，表示配電房有異常出入狀況[8]。

4 結(jié)束語

隨著工業(yè)自動(dòng)化的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)于電力系統(tǒng)的要求越來越高，因此智能型系統(tǒng)設(shè)備以及自動(dòng)化的設(shè)計(jì)理念在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用SIEMENS公司的S7-300PLC進(jìn)行可靠的控制，符合未來供配電系統(tǒng)智能化的需求。系統(tǒng)功能強(qiáng)大、易于實(shí)現(xiàn)控制，系統(tǒng)的可視化監(jiān)控界面，在現(xiàn)代新型小區(qū)配電房監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用日漸普遍。

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作者簡(jiǎn)介：呂志香（1979-），女，江蘇東臺(tái)人，揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，碩士研究生，講師，研究方向：電力電子與電力傳動(dòng)、高等職業(yè)教育。