2018PLC在电力监控系统中的应用
【摘要】随着计算机、通信、网络、控制等技术的发展，工业控制系统结构正发生着巨大的变化，逐步形成了以网络集成自动化为基础的企业信息系统。PLC作为监控系统的一种现场设备，因其出色的数据采集和可编程控制能力而受http://
到众多用户的青睐。在笔者参与开发的一化工厂电力监控系统中，系统要求能完成35kV进线、各馈线和母联的交流电气参数如三相电压、电流、功率因数、有功功率，整流输出电流、水温、晶闸管控制角及主断路器状态、重瓦斯、开关柜气等近400多个量进行监测，并能实现高压总变电所及低压所的逻辑控制功能，我们选择智能仪表和PLC共同组成现场设备，实现系统监测和控制功能。
【关键词】可编程逻辑控制器；电力监控系统；应用
引言
电力监控系统是单位监控系统的重要组成部分，其运行的安全可靠性，直接影响到照明设备的正常运行以及道路的畅通，变电站和电力监控中心进行数据通信以采集变电站内有关电压、电流、功率数据以及由监控中心发布命令来控制路灯开关及变电站设备，该系统通信部分采用光缆和光端机及通信模块来组网，光纤通信能保证稳定可靠的通信质量和极低的误码率，控制系统选用西门子可编程控制器(PLC)作为主控器，并配备输入输出模块和通信模块，实现数据采集与控制功能，由于PLC具有优良的性能价格比和高可靠性，可确保长期稳定工作，实现电力系统监控功能。
一、电力监控系统的发展趋势PLC英文全称Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。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。
由于电力设备机房设备众多，再加上人为因素，对设备的误操作和故障的误判断时有发生，这对系统安全可靠地运行非常不利。要改变这种状况，必须提提高现有系统管理的自动化水平，用计算机来实时有效地监视和控制运行状况。木文采用嵌入式Web技术对电力系统中的设备、机房的环境温度、湿度、交流电压、直流电压、电流、烟雾报警、空调、除湿机等模拟量和开关量进行实时监控，通过浏览器查看机房环境以及设备运行参数，实现遥测、遥信、遥控功能。
二、电力监控系统结构
嵌入式web服务器接人intemet后，客户利用上位机组态软件生成监控界面，然后通过开发的嵌入式服务器来远程监控电力系统中的PLC。嵌人式web服务器系统设计，选用抗干扰能力强、温度范围宽度的Motorola的coldfire内核芯片MCF5307，扩充适当存储容量的ROM和RAM以构成MCF5307的最小系统，然后添加网络控制外设和串口设备构建整个服务器硬件系统。软件选用具有网络功能的Clinux操作系统做为平台，定制与裁剪Clinux及TCP／IP，编写MCF5370的串口驱动程序及socket程序。分别与PLC网络和远端客户机建立连接，达到从远端监控PLC的目的。该嵌入式Web服务器使用RS--485接口，与计算机连接协议及与电力系统中的PLC通信；能完全实现计算机连接的位、字读写协议；能任意访问PLC的所有内部资源。系统结构如图1所示。
三、控制功能的实现
（一）软件编写
PLC编程软件包括RS一232接口及专用开发系统。控制原理建立在电站的操作规程基础上，各开关、刀闸互锁关系按操作票顺序控制。软件由主程序和多个子程序组成，调试时因开发系统有运行监视功能，使集中控制室和现场的距离大大缩短，减少了调试周期。组态软件采用北京亚控的组态王6．01电力版本基于WINCE平台，运行系统占用存储控件小于3 M，具有远程下载和操作功能，具有本地仿真运行环境；支持丰富的图库，无限色，动画向导，实时趋势曲线，
历史趋势曲线，配方等；功能强大的ACTIVEX控件容器使系统具有良好的开放性和扩充性；先进的报警机制和安全机制。工控机为研祥V30E．此软件数据管理直观、定义方便；通信好，可挂接西门子、欧姆龙、三菱、台达等几十种PIE；画面效果立体感好，不同行业图库门类齐全，用户还可自创图库。
（二）程序结构
在编程方式上，采用结构化编程风格，将整个控制系统按功能分成数据存储、指令状态判断，相应状态处理3个相对独立的部分，通过11个功能块(function
block)来编程控制。这3个部分各自独立，自成体系，都可以单独运行，也可以同时运行。在11个功能块之上，通过一个系统组织块(organization block)OBl全部控制各功能块，以及15个存储数据的数据块(datablock)结合成一个整体，以实现变电站系统的安全可靠、高效的监控。结构化的编程方式最大的优点在于其有利于整套控制系统的调试和维护，可以根据生产或调试的需要很方便地将某一部分从系统中分离出去，也可以方便地向系统中增加新的控制部分，从而大大提高了系统的可维护性和可扩展性。
（三）控制流程基本思想
首先，PLC通过AI、DI模块获取变电站的模拟量数据与开关量状态。模拟量数据包括电压、电流、功率等，开关量包括事故报警、高压侧断路器分闸、继电器故障等，然后把获取的信息按照与上位机约定的格式存放在特定数据块内。
其次，PLC读取上位机传输来的串口输入缓冲区中的数据，对数据进行判断，确定相应指令状态。然后分别跳转到相应的状态处理功能块去执行。例如：如接受到的数据是lA5IADl5AI(上位机请求通信连接命令)，则跳转到向上位机应答通信建立的功能块执行，其余数据应答命令，控制执行命令，时间同步命令的执行情况与之类似。需要编制如下四个功能块分别实现这四个功能，每个功能块都有相应的数据块存储数据。
①通信应答功能块：按照预定通信协议，反馈给上位机有关通信建立的信息。
②数据应答功能块：将所采集到的模拟量数据与开关量状态按照上位机所约定的数据格式组装并发送给上位机。
③控制命令功能块：执行相应控制命令，同时对上位机进行反馈。
④时间同步功能块：对PLC进行时问同步操作，然后对上位机进行反馈。
（四）系统构成
在采暖热水锅炉中控制的重点是出水温度、回水温度、出水压力、回水压力，给煤量，鼓风量、炉膛负压以及排烟残氧量。为达到锅炉嫉烧工况良好，保证设备运行安全，满足用户的供热要求，要对补水泵流量，循环泵流量、鼓风机转速、引风机转速与炉排电机转速等进行综合调节。因此，锅炉控制系统包括恒压补水控制系统、循环流量调节系统以及燃烧控制系统。
恒压补水控制系统。工业锅炉属于高温，高压设备，其安全性必须放在首位在锅炉运行时，必须保证补水压力保持在给定恒压点附近，为确保设备安全，提高控制精度，水压变送器监测调节精度在0 5 MP a左右。本系统中可编程控制器根据采集到的补水压力的实时数据，通过数字P I D算法计算出补水泵的转速，作为变频器的频率给定，由变频器改变输出给补水泵电机的同步频率，从而调节了补水泵电机的转速，将补水压力值控制在设定值附近。
2.循环流量调节系统。作为变频器的频率给定，由变频器改变输出给循环泵电机的同步频率，从而调节了循环泵的转速，将出水压力控制在设定值附近。当系统用水量增加时，变频器输出频率也相应增加以增加循环泵的转速，当变濒器增加到最高频率时，表示当前工作的几台循环泵己不能满足系统用水的要求，此时可以通过P L C控制系统将该台循环泵切换到工频运行，而另一台循环泵则接上变频器启动当系统用水里再度增加，这一过程还可以重复进行。当系统用水减少时，变频器输出频率减少。若减到设定的频率下限时，表示可以有一台水泵电机退出运行。这时可以通过控制系统，停止该台循环泵的运行，并将另一台正在工频运行的循环泵则切换到变频运行，担负起调节水压的工作。
3.燃烧控制系统。在锅炉运行中，实现燃烧过程的自动调节是工业锅炉节能的一个重要措施，也是控制难度最大的部分。它是一个多变量输入、多变量输出、大惯性、大滞后且相互影响的一个复杂系统，本系统采用模糊控制器来实现鼓风量和给煤机给煤速度的自动调节。具体说来分解为如下几个部分：
( 1 ) 通过控制变频调速来调节风煤比。整个燃烧系统的控制环节为串级调节，通过变频调速调节鼓风机与炉排电机的转速，进而按比例调节鼓风量，同时比例调节给煤量，保持合理的风煤比，使锅炉燃烧正常。
( 2 ) 烟气含氧量为副控制信号，根据含氧量来补充、控制鼓风量，使锅炉达到节能燃烧。这样的控制系统可满足热负荷波动较大的用户在供水流量变化时，其供水压力可保证在0.05Mp a的范围内。
( 3 ) 炉膛负压调节系统。以炉膛压力作为单一主控信号，通过改变引风机的速度来调节引风量，与变频调速器调节鼓风量相配合，实现炉膛的负压调节，此控制方式需要长时间的经验积累才能取得较理想的数据，因此燃烧调节是工业锅炉计算机控制系统现场调试中工作盒最大、最复杂的一项工作，同时也是取得经济效益和社会效益的重要环节。
结论
该系统现己改造完成并投入运行，运行效果良好。由于系统中采用了可编程控制器与交流变频调速技术，因此具有很高的可靠性，抗干扰能力强。使锅炉始终处于最佳工作状态.提高了锅炉的运行效率和燃煤的燃烧效果，不仅节约燃煤，节能效果明显，而且减少了烟尘和有害气体的排放，具有较好的环保效果。
参考文献：
【1】廖常初．PLC编程及应用．北京：机械工业出版社，2008．
【2】王田苗．嵌入式系统设计及实例开发，清华大学出版社，2006．
【3】姜新凡，魏守平．计算机与可编程PLC之间的实时通信．华中电力，2009.
【4】柳永智．电力系统远动原理及微机远动装置．成都科技大学出版社，2008.
页:
[1]