【文章內容簡介】 所有電氣參數(shù)的模擬量采集，包括電壓、電流、有功功率、無功功率、有功電度和無功電度等參數(shù)。 根據遙信、遙控、遙測規(guī)模的大小 ，可以選用單獨一個基本模塊或者一個基本模塊和若干個擴展模塊進行組合，達到所需的遙測、遙信、遙控點數(shù)。 圖 CPU224型 S7200 PLC構成的數(shù)據采集與控制單元結構配置示意圖，實際配置可根據變電站規(guī)模的大小、現(xiàn)場一次設備布置的具體情況確定。一條總線上最多可掛接 31個基本模塊，若超過此數(shù)，可再另外增加一條總線。 圖 CPU224 PLC數(shù)據采集與控制單元結構配置示意圖 （ 2）第三層與第二層之間通過 RS485 串行總線相連。第二層為通 信管理層，它是一層和三層進行數(shù)據交換的橋梁，它管理著下層的采集控制設備，同時轉發(fā)上層的請求 (如設置命令 )和控制命令，并將返回請求或執(zhí)行的結果。 （ 3）最上層為工作站層 (一層 )，它由一臺 PC 工控機和兩臺 PC 機構成的局域網及相應的外圍設備 (如打印機、事故音響設備 )等構成，它們承擔著監(jiān)視、控制、事故報警、事故記錄分析、系統(tǒng)管理、系統(tǒng)維護等多項功能。 接口方式的選擇 ……………… 系統(tǒng)軟件 概述 鄭州大學電氣工程學院畢業(yè)設計（論文） 16 操作系統(tǒng) ……………… 軟件開發(fā)工具 ……………… （ 1）上位 計算機端 ……………… （ 2） PLC 端 ……………… （ 3）觸摸屏端 ……………… PLC軟件設計概述 PLC軟件的功能 ……………… PLC軟件設計 當 PLC的主程序開始運行之后，就處于反復的循環(huán)執(zhí)行之中，每一次循環(huán)被稱為一次掃描，即對主程序的語句逐條掃描執(zhí)行。 主程序主要完成初始化、遙信自處理、通信處理三方面的工作。 只有第一次掃描才執(zhí)行初始化程序，然后進行遙信自處理程序，若有通信要求，則進行通信處理，否則結束主程序，完成一次掃描工作。其流程圖如 圖 示。 ***：基于 PLC 的變電站綜合自動化系統(tǒng)研究 17 圖 PLC主程序流程圖 PLC初始化程序用于完成 PLC站號的設置、群同步碼的設置、通信參數(shù)的填寫、CRC表的產生、靜止時間線的設定等任務。 遙信自處理程序用以捕捉輸入點狀態(tài)的變化。 PLC報文接收是一個相當復雜的過程。當 PLC的 port0口檢測到有字符送來時，產生接收字符中斷，其中斷執(zhí)行的順序依次為：接收群同步碼中斷、站地址碼中斷、功能碼中斷、數(shù)據長度中斷和報文數(shù)據中斷。只有當 PLC連續(xù)接收到兩個群同步碼，且下一個字符是本站地址或公共地址時，才進入報文的接收狀態(tài)。 PLC接收到的 報文必須經過解釋之后，才能被正確執(zhí)行；而 PLC在向主機發(fā)送報文之前，必須先將要發(fā)送的報文組裝起來。 PLC報文發(fā)送程序包含類別詢問、類別更新、設置時針、召喚事件記錄及遙控等若干子程序。 系統(tǒng)特點 鄭州大學電氣工程學院畢業(yè)設計（論文） 18 ……………… 本章小結 本章是進行 基于 PLC的 變電站綜合自動化系統(tǒng) 初步 設計。首先闡述了變電站綜合自動化系統(tǒng)的設計原則與要求；接著設計了基于 PLC的變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件結構，并選擇 RS485串行接口 方式 ；然后 說明 了 系統(tǒng)中用到的軟件， 概 述了PLC軟件設計 ；最后說明了 該 系統(tǒng)的特點。 ***：基于 PLC 的變電站綜合自動化系統(tǒng)研究 19 5 斷路器控制、中央信號的 PLC實現(xiàn) 斷路器控制概述 ……………… 斷路器控制的類型 ……………… 要器件由晶體管分立元件或集成電路構成。 對斷路器控制電路的基本要求 ……………… 斷路器控制流程圖 將斷路器控制原理用流程圖表示，如圖 所示。 鄭州大學電氣工程學院畢業(yè)設計（論文） 20 圖 斷路器控制流程圖 斷路器控制的 PLC實現(xiàn) I/O接線圖及 I/O分配表 選用 S7200 CPU224 AC/DC/Relay型 PLC 進行控制。 PLC 的 I/O 接線圖如圖 所示。 I/O 分配表如表 所示。 ***：基于 PLC 的變電站綜合自動化系統(tǒng)研究 21 圖 I/O 接線圖 表 I/O 分配表 輸入信號 中間繼電器 輸出信號 保護跳閘脈沖 選通母線 XTM 亮盤母線 LM 復歸按鈕 FA 實現(xiàn)自保持 合閘狀態(tài)指示燈 HD 選線開關 XK 分 跳閘位置繼電器 TWJ 合閘線圈 HQ 選線開關 XK 合 合閘位置繼電器 HWJ 跳閘狀態(tài)指示燈 LD 控制開關 KK 分 跳閘繼電器 TJ 跳閘線圈 TQ 控制開關 KK 合 合閘繼電器 HJ 自復位開關 DK 亮 自復位開關 DK 暗 PLC程序設計 ……………… 圖 斷路器控制的梯形圖 觸摸屏畫面 斷路器控制畫面 鄭州大學電氣工程學院畢業(yè)設計（論文） 22 根據 PLC 的輸入輸出量編寫斷路器控制畫面，如圖 所示。正確將圖 所示的程序由計算機下載到 PLC 后，即可通過在觸摸屏上按動相應按鈕來控制PLC 的程序運行，從而實現(xiàn)觸摸屏對斷路器的控制，并可觀察輸出情況。 圖 斷路器控制畫面 畫面中，最上面一排為狀態(tài)指示燈，下面兩排為按鈕，其中 、 為保持型按鈕，其余為交替型按鈕。 變電站電氣主接線畫面 ……………… 受畫面面積所限，在此示意性地畫出變電站的電氣主接線，如圖 所示。其高、低壓側均為單母線分段接線，上方為進線，下方為出線。 圖 變電站電氣主接線畫面 ***：基于 PLC 的變電站綜合自動化系統(tǒng)研究 23 畫面中的按鈕均為保持型按鈕（即按下為 ON，松開為 OFF），并在 QF 按鈕上方浮有狀態(tài)指示燈，紅色表 示 QF 處于合閘狀態(tài)，綠色表示 QF 處于跳閘狀態(tài)。為使論文簡潔，在此僅對 4斷路器編寫 PLC 程序（即僅能對 4斷路器進行操作），其余均雷同。設 4斷路器原已處于合閘狀態(tài)，其控制過程及現(xiàn)象如圖 所示。 圖 斷路器控制過程及現(xiàn)象 和圖 所示畫面相對應的 PLC 程序如圖 所示。 圖 斷路器控制的梯形圖 中央信號 中央信號概述 中央信號的 PLC實現(xiàn) 本章小結 斷路器和中央信號是變電站綜合自動化系統(tǒng)的重要組成部分。本章以其為具體研究對象，闡述了斷路器控制的類型、對斷路器控制電路的基本要求，并畫出了斷路器控制流程圖，編出了斷路器控制的梯形圖程序，而且還利用 ADP 軟件編寫了斷路器控制畫面、變電站電氣主接線畫面，實現(xiàn)了用觸摸屏控制 PLC 程序的鄭州大學電氣工程學院畢業(yè)設計（論文） 24 運行 ；此外，本章還對中央信號類型、信號回路應滿足的基本要求作了闡述，并編出了事故音響電路的梯形圖程序。 由于 PLC性能非常優(yōu)越，從而使斷路器、中央信號動作的準確性和可靠性得以保證。 PLC的使用使其操作方便，維護工作量少，且二次回路簡單。本次實驗未能輸人、輸出更多的信號，若投人應用，只需將 PLC的觸 點通過擴展單元和擴展模塊進行擴展，或者直接選用多 I/O的 PLC即可。 ***：基于 PLC 的變電站綜合自動化系統(tǒng)研究 25 6 結論 本文 初步 設計的基于 PLC的變電站綜合自動化系統(tǒng)，采用了分層分布式結構。將變電站內數(shù)據采集與控制、監(jiān)視、通信等任務分級處理 。 最下層承擔著采集、控制、保護的任務 ； 中間層執(zhí)行著通信管理的任務，它是上層軟件與下層設備的紐帶，使得上層軟件的運行不受下層設備具體類型的制約。因此系統(tǒng)具有開放性好、可擴充能力強、可靠性高、安裝調試方便等優(yōu)點，特別適用于老站的擴建改造，對新建變電站也同 樣適用。 該 系統(tǒng)中， PLC作為一種現(xiàn)場控制設備 (前置單元 )，通過編制控制保護程序，代替完成常規(guī)繼電器電路的監(jiān)控操作。由于邏輯功能通過軟件實現(xiàn)，從而減少了大量的中間接線，完善了聯(lián)鎖保護功能，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。若對 PLC編制通信模塊程序來采集并傳輸實時數(shù)據，也能取得較好的效果，因此它完全有可能代替 RTU裝置，并且開發(fā)周期短，系統(tǒng)的性能價格比高。 觸摸屏與 PLC可以連接起來組成控制系統(tǒng)，觸摸屏完成對設備的操作、顯示、報警， PLC 則根據生產工藝的要求，編制程序，直接對設備進行控制。 本設計對斷路器控制、中央 信號系統(tǒng)進行了研究，通過編寫 PLC程序和觸摸屏畫面，用觸摸屏控制 PLC程序的運行，從而實現(xiàn)斷路器 控制 和中央信號系統(tǒng)的基本功能。由于 PLC性能非常優(yōu)越，從而使斷路器、中央信號動作的準確性和可靠性得以保證。 PLC的應用使其操作方便，維護工作量少，且二次回路簡單。若投人應用，只需將 PLC的觸點通過擴展單元和擴展模塊進行擴展，或者直接選用多 I/O的 PLC即可。 由于時間倉促和本人水平有限，雖已基本上達到了畢業(yè)設計的要求，但文中錯誤和不足之處 在所難免，本 設計 還需要不斷地加以完善、改進。同時，敬請老師批評指正。 通過本 次畢業(yè)設計，加深了對變電站綜合自動化系統(tǒng)的認識，掌握了 PLC的編程方法和觸摸屏的使用方法，掌握了基于 PLC的變電站綜合自動化系統(tǒng)的設計方法，掌握了參考文獻的查閱方法和科技論文的寫作方法，進一步鞏固了 Microsoft Office Word的操作方法，提高了獨立分析、動手和理論聯(lián)系實際的能力，為今后的學習和工作打下了良好的基礎。 鄭州大學電氣工程學院畢業(yè)設計（論文） 26 謝辭 ……………… ***：基于 PLC 的變電站綜合自動化系統(tǒng)研究 27 參考文獻 [1] 黃益莊編著 .變電站綜合自動化技術 .北京：中國電力出版社， [2] 張惠剛主編 .變電站綜合自動化原理與系統(tǒng) .北京：中國電力出版社， 2020 [3] 楊宛輝，劉憲林，孫豐奇編著 .集成電路保護控制與信號 .北京：中國計量出版社， [4] 崔明主編 .變電站與水電站綜合自動化 .北京：中國水利水電出版社， 2020 [5] 孟祥忠，王玉彬，張秀鵑編著 .變電站微機監(jiān)控與保護技術 .北京：中國電力出版社， 2020 [6] 姚春秋編 .發(fā)電廠電氣部分 .北京：中國電力出版社， 2020 [7] 何永華主編 .發(fā)電廠及變電站的二次回路 .北京：中國電力出版社， 2020 [8] 南京 中德保護控制系統(tǒng)有限公司編 .變電站自動化工程圖集 .北京：中國電力出版社， 2020 [9] 吳中俊，黃永紅主編 .可編程控制器原理及應用 .北京：機械工業(yè)出版社， [10] 王永華主編 .現(xiàn)代電氣控制及 PLC應用技術 .北京：北京航空航天大學出版社， [11] 張萬忠，劉明芹主編 .電器與 PLC控制技術 .北京：化學工業(yè)出版社， [12] 浙江天煌科技實業(yè)有限公司 .可編程控制器實驗指導書 [13] 西門子公司 .SIMATIC S7200可編程序控制器， 2020 [14] 西門子公司 .SIMATIC S7200系統(tǒng)與編程， 2020 [15] 泉毅電子股份有限公司 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