PLC在变电站变压器自动化中的实现毕业论文

毕业设计（论文）题 目： PLC在变电站变压器自动化中的实现 学习中心： 年级专业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 导师单位： 论文完成时间： 年 月 日毕业设计（论文）任务书1设计(论文)题目：PLC在变电站变压器自动化中的实现 2学生完成设计(论文)期限： 年 月 日至 年 月 日3设计(论文)课题要求：论文要符合专业要求，阐述明白，深入主题述写，逻辑性思维要强，结合实际。对本设计要有全面的论证，对设计原理、计算、电路等要有一定的优势。如有不熟悉的知识点，向指导老师请教。4实验（上机、调研）部分要求内容：在规定的时间内，利用所学的PLC编程技术和到电力拖动实验室去设计图形。用Microsoft word 2003排版和图象处理软件加工文中图表。5文献查阅要求：充分利用时间到图书馆和上网查询资料，保证所用资料真实可靠。不可直接引用别人资料，如引用别人资料须在后面注明出处。坚持实事求是的原则。6发出日期： 年 月 日 7学员完成日期： 年 月 日指导教师签名： 学 生 签 名： 摘 要变电站自动化，也称变电站综合自动化，是伴随着计算机及大规模集成电路技术的发展而出现的，国际上在20世纪70年代末就研制出了实验系统。到了90年代，计算机的性能也十分强大·稳定，价格持续下降，并随着计算机通信技术和网络技术的发展，变电站自动化系统的性能也是满足电力系统运行的要求。建设和运行经验表明，变电站自动化系统可带来节省电缆、缩小控制室面积、提高监控水平、积累运行数据和节省人力等方面的显著效益，现已成为新建变电站首选的监控模式。本文通过对变电站自动化的描述，提出了可编程控制器PLC在变压器自动化及变电站综合控制的实现和应用。在第二章中讲述了PLC可编程变压器自动化屏的组成及实现，并讲述了可编程变压器自动化的选择和实施控制的原理。第三章提出了PLC分级递阶控制在变电站综合控制中的结构及应用，还讲述了对通信口的设计。第四章通过对数字化变电站自动化系统的特点和结构的讲述，提出了变电站自动化的新发展。通过PLC在变电站变压器自动化中的实现，让我们更精确的对它实施控制，减少了人工操作的麻烦和避免了一些不必要的损失。 关键词:变压器自动化 PLC自动化屏 PLC阶梯控制iii目 录摘 要I目 录II第1章 前 言1第2章 PLC变压器自动化221 变压器自动化的构成方案22.2 变压器及配套设备为常规设备32.3 可编程变压器自动化屏的组成及实现42.4 可编程变压器自动化的选型52.5 可编程变压器自动化屏的硬件62.5.1 可编程变压器自动化的自动化监控程序62.5.2 可编程变压器自动化与监控主计算机串行通讯的实现72.6 可编程变压器自动化屏的运行8第3章 PLC分级递阶控制在变电站综合控制中的应用93.1 PLC分极递阶控制系统的结构93.2 PLC分级递阶控制系统在变电站综合控制系统中的应用103.2.1 在变电站综合控制系统中PLC分级递阶控制系统的结构113.2.2 通信口的设计13第4章 变电站自动化系统的新发展154.1 数字化变电站自动化系统的特点154.1.1智能化的一次设备154.1.2网络化的二次设备154.1.3自动化的运行管理系统154.2 数字化变电站自动化系统的结构164.2.1 过程层164.2.2 间隔层174.2.3 站控层184.3 数字化变电站自动化系统中的网络选型184.4 数字化变电站自动化系统发展中的主要问题19第5章 结论20致 谢21参考文献22第1章 前 言目前，已经实际运行的综合自动控制系统有：LAS系统、基于CAN/LON网的分散分布式变电站控制系统等，它们在实际应用中取得了较好的成效，但也存在着技术和经济上的各种缺点。本文在研制智能型有载调压变压器监控系统的基础上，从变电站综合自动化发展的大方向(即从集中控制型向分散(层)网络型发展；从专用设备向平台发展，中小变电站综合自动化中的自动化设备有：可编程自动化监控装置、可编程变压器自动化屏、可编程微机计量屏、可编程微机线路保护屏、可编程微机同期系统、可编程中央信号屏、可编程电容屏、可编程微机直流电源系统等均应用了PLC为其智能化单元，并且都能够挂网运行，方便地实现遥信、遥测、遥控功能，取代了传统的RTU。众所周知变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，由于它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着重要的作用。但是，现存的许多老式变电站由于存在安全性、可靠性不能适应电力系统实时控制等一系列缺点而无法满足电力系统现代化的各项要求。已经实际运行的综合自动控制系统有：LAS系统、基于CAN/LON网的分散分布式变电站控制系统等，它们在实际应用中取得了较好的成效，但也存在着技术和经济上的各种缺点。变电站综合自动化包括的内容很多，它是将变电站的二次设备(控制信号、测量保护、自动装置及远动装置等)利用计算机技术、现代通信技术经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、控制和协调的一种综合性的自动化系统。以下仅以变压器有载调压监控系统为例，说明PLC分级递阶控制这种结构体系在变电站综合自动控制中是有效、可行的。由PLC构成的变压器自动化部分在自动化变电站中的实现。适用于老式变电站的自动化改造及新式变电站的建设。22 第2章 PLC变压器自动化21 变压器自动化的构成方案在中小型变电站中，一台变压器及其配套设备一般包括：断路器及操作单元、变压器、变压器控制屏、避雷器、差动保护屏、变压器接地系统等。下面以两种情况分别讲述变压器的自动化构成方案。变电站综合自动化系统图如下：图2-1 变电站综合自动化系统图系统配置主站：主流配置的高档品牌工控机通讯管理单元：MGLJ系列通讯管理机保护监控单元：MTPR系列变压器主、后备保护MLPR 系列线路、分段保护MCPR 系列电容器保护MBZT 系列备用电源自投MMCU 系列测控单元MPTS 系列电压切换监控软件：单机版WLD2100厂站监控系统软件直流电源：WLDGZDW系列智能直流电源系统2.2 变压器及配套设备为常规设备如果断路器及操作单元、变压器、差动保护屏、变压器防雷接地系统等均为不含智能单元及计算机接口的常规设备，那么只需将变压器控制屏部份选用可编程（PLC）变压器自动化屏，就能构成比较完备的变压器自动化系统。其系统框图如图2-2所示，变电站中控室内的变压器控制屏及其配套设备分别与可编程变压器自动化屏通过电缆直接连接，进行信息交换。中控室或远方的主计算机监控系统通过对可编程变压器自动化屏的监控来实现对变压器的监控，其中的信息交换由主计算机监控系统中的工控机（IPC）与可编程变压器自动化屏中的PLC通过工业现场通讯网络来实现。这种变压器自动化系统一般适用于改造旧站或建设资金规模不大的自动化新站。图2-2 可编程变压器自动化屏与常规设备的系统框图如果断路器及操作单元、变压器、差动保护屏、变压器防雷接地系统等均已含有智能单元及计算机接口，那么变压器控制屏部份选用可编程（PLC）变压器自动化屏，就可以非常方便地构成功能强大的变压器自动化系统。其系统框图如图2-3所示，变电站中控室内的变压器控制屏及其配套设备分别与可编程变压器自动化屏通过工业现场通讯网络与中控室或远方的主计算机监控系统进行信息交换。图2-3 可编程变压器自动化屏与智能机组设备的系统框图可编程变压器自动化屏与变压器及配套设备之问仅有极少量的电缆连接，整个系统显得非常简单。2.3 可编程变压器自动化屏的组成及实现 可编程变压器自动化屏的硬件设备一般包括：PLC，PLC输入/输出信号隔离继电器，近地操作按钮及故障事故指示灯、报警器、智能变压器油温度巡检仪，智能信号测试议，小直流电源，通讯适配器等。其系统框图如图2-4。软件主要由PLC自动化监控程序和与监控主计算机(上位机)的通讯程序组成。图2-4 可编程变压器自动化离继电器系统框图2.4 可编程变压器自动化的选型从上述的被控对象(变压器)的电气特性看出，这个系统几乎是对开关量进行监控。温度模拟量及信号模拟量均有智能仪表对其监控, 智能仪表的输出触点开关量进入PLC，因此PLC只需选用基本模块及通讯模块，而不需特殊模块。接下来应确定PLC输入 输出点数，统计可编程变压器自动化屏对变压器及配套设备的监控点数，一般输入不超过64点数，输出不超过40点。在实际中我们选用了北京安控科技发展有限公司研制的Rock系列PLC产品：Rock E20系列PLC产品。此产品采用先进的16位CPU，配置嵌入式实时多任务操作系统，可实现采集、运算、逻辑、定时、控制、通讯等功能，其单CPU扩展模块，可承载32模块，测控500个I O点。以RS485或Intranet进行本地扩展，以拨号Modem或GPRS等方式进行远程扩展。该产品采用插拨方式扩展、模块尺寸小巧，安装使用方便、维护简单，具有应用灵活、安全、可靠等特点。2.5 可编程变压器自动化屏的硬件 组成可编程变压器自动化屏的各部件应严格照按电气规范设计、连接。此外，与PLC相连的部份应严格按照PLC厂家技术要求进行设计、连接。2.5.1 可编程变压器自动化的自动化监控程序变电站的变压器组成方式不同决定了可编程变压器自动化屏PLC的监控程序的不同。在此以35KV单母线、一台主变压器为例，其开机准备条件及开机程序如图2-5，停机程序如图2-6。图2-5 开机程序图2-6 停机程序图2.5.2 可编程变压器自动化与监控主计算机串行通讯的实现计算机与PLC之间的通讯是通过传送命令块和数据块来实现的，其命令块格式如下：STXCMDDATAETXSUM(H)SUM(L)开始符命令号起始地址及字节数结束符检验（高位）检验（低位）数据块格式如下： STXDATAETXSUM(H)SUM(L)开始符起始地址及字节数结束符检验（高位）检验（低位）所有的块均由ASCII码组成，其格式如下：0b0b1b2b3b4b5b6p1开始位7位数据偶校验停止位低4位高3位2.6 可编程变压器自动化屏的运行可编程变压器自动化屏在变压器的自动化运行中处于实时监控的重要位置，它通过输入 输出信号隔离继电器按变电站变电设备(隔离刀闸、断路器、电压互感器、电流互感器、变压器防雷接地系统等设备)的状态 控制信号，可编程逻辑控制器(PLC)将上述信号按具体的自动化流程进行实时控制，并与监控主计算机通过网络传递数据。完成变压器的开、停，运行维护与继电保护（过电流保护、电流速断保护、差动保护、瓦斯保护和过负荷保护等）。它不仅使变压器处于闭环自动控制之中，而且使变压器自动化与测控保护系