6ES7332-5HF00-0AB0性能参数

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通过对应急发电机自启动要求的分析，结合装备现状、配电系统的设计要求，利用PLC（可编程控制器）改造现有设备的优势，提出了详细的设计思路和方案以供参考。
通常传统发电机控制采用落后继电接触器控制方式，中间继电器和时间继电器太多，体积大，功能少，寿命短，线路复杂，接点多，造成故障多可靠性差，维修困难；而采用微电子技术由于集成电路（IC）的系统芯片种类繁多，体积大，设计周期长，费用低，工艺复杂，抗干扰性差，可靠性差；而可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，综合了计算机技术、通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛的应用。
应急发电机组用PLC控制有很多优点，它主要通过软件控制，从而省去了硬件开发工作，外围电路很少，大大提高了系统的可靠性与抗干扰能力；由于它简单易行的可编程序功能，无须改变系统的外部硬件接线，便能改变系统的控制要求，使系统的“柔性”大大提高。

主要设计功能
在生产过程中突然停电，应急发电机立即给设备继续供电。应急电源原动机一般采用一立冷却和供油系统的柴油机，并设有自启动装置，保证在主站失电后0-50秒内启动，应急电网通常为主电网的一部分，在正常情况下，这些用电设备由总配电板供电，只是在应急情况下由应急发电机组供电，因此在应急配电板上的应急发电机主开关与主开关向应急配电板供电的开关之间设有电气联锁，以保证安全。
应急发电机组作为一个应急电源，应具备以下基本要求：

1、自动启动
当正常供电出现故障(断电)时，机组能自动启动、自动升速、自动合闸，向应急负载供电。
2、自动停机
当正常供电恢复，经判断正常后，控制切换开关，完成应急电到正常电的自动切换、然后控制机组降速到怠速、停机。
3、自动保护
机组在运行过程中，如果出现油压过低（小于0.3MP）、冷却水温过高（大于95度）、电压异常故障，则紧急停机，同时发出声光报警信号，如果出现水温高（大于90度）、油温高等故障。则发出声光报警信号，提醒维护人员进行干预。
4、三次启动功能
机组有三次启动功能，若**次启动不成功，经10秒延时后再次启动，若*二次启动不成功，则延时后进行*三次启动。三次启动中只要有一次成功，就按预先设置的程序往下运行；若连续三次启动均不成功，则视为启动失败，发出声光报警信号（也可以同时控制另一台机组起动）。
5、自动维持准启动状态
机组能自动维持准启动状态。此时，机组的自动周期性预供油系统、油和水的自动加温系统、蓄电池的自动充电装置投入工作。
6、具备手动、自动两种操作模式。

控制系统的硬件设计
应急电源多采用135系列的柴油机组，下面就以此为例用PLC实现对柴油机自启动的控制。
电路分析
设计说明：控制面板上有“手动/自动”选择旋钮， “启动”、“加速” 、 “减速、”“合闸”、“分闸”按钮，柴油机上加装接近开关(旋转编码器),用于测速度，加装油门电机用于控制柴油机转速，加装电磁铁用于停机熄火，电压检测、水温、油压都是外部开关信号。
一次启动过程：正常电失电后，经5秒确认，“启动电机”启动4秒钟，如柴油机发火运行，则接近开关(旋转编码器)测到柴油机达到启动转速，PLC立即停止“启动电机”。柴油机怠速30S后开始根据接近开关的信号加速，直到稳定转速，发电机开始发电，电压正常后合上主开关向负载供电。运行中PLC自动稳定转速。
三次启动过程：若一次启动未成功，则接近开关(旋转编码器)测到柴油机达不到启动转速速度，并在5秒后测不到柴油机转速，由PLC内部的定时器来进行控制进行再次启动，以10秒作为一个周期，三次启动时间约30秒，32秒后输出报警，如启动中接近开关(旋转编码器)测不到柴油机达转速，则直接启动失败。
启动失败及柴油机组停机：启动失败后，电磁电把油门拉回到“停机”位置，当正常电恢复时，PLC发出分闸信号并由油门电机减速到怠速60S后，电磁电将油门拉回“停机”位置，柴油机缺油熄火。
并可根据用户需要增加小型人机界面，以文字﹑指示灯﹑图案等形式显示柴油机的各种数值及状态。并可通过其面板的按钮改变柴油机的数值及状态。可修改有与时间有关的参数，对输入的数据进行范围设定，**出范围的数据拒绝输入。可以对柴油机的各种故障以文字形式显示以便于查找故障，如三次起动失败，转速高，缸温高，市电供电等等。带密码保护功能，可以防止非授权用户更改重要数据和开关量。机组--自控的特点

（1）机组由柴油机发电机组和中心控制柜组成，可以单机单柜、双机单柜或联网自动化控制（无人值守）。
（2）控制柜的核心是可编程序控制器（PLC），通常选用选用北京凯迪恩公司CPU306小型可编程序控制器，运行可靠，质量稳定。
（3）充分利用PLC的指令和功能编制程序，尽量减少外围控制元器件和接口，电路简单，操作方便，便于维护。
（4）利用PLC的高速计数器功能，准确测出机组转速，不采用原来的测速发电机、转速表，避免了安装困难并提高了可靠性。
（5）控制器采用直流24V供电，并配备先进的高频开关式直流充电设备，可对蓄电池进行浮充电，保证控制柜直流供电。
（6）PLC中的EPROM（只读存储器）可固化程序，使原程序长期不丢失。
（7）利用PLC的通信功能可实现近程、远程集中监控。

技术要求：

采用旋转编码器比接近开关性能效果更好。

接近开关技术要求：

螺纹式接近开关检测距离10mm±10%工作电压DC型：10-30VDC 三线型响应频率400Hz

接近开关又称无触点接近开关，是理想的电子开关量传感器。当金属检测体接近开关的感应区域，开关就能无接触，无压力、无火花、迅速发出电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力，是一般机械式行程开关所不能相比的。
根据所需的输入/输出点数选择PLC机型
根据自动化机组的控制要求，所需PLC的输入点数为14个，输出点数为10个。系统的控制量基本上是开关量，只有电压是模拟量，为了降，可以通过电路把模拟量转换成开关量、如电压监测可以用电压保护器代替。这样可以选用不带模拟量输入的PLC。对于小型发电机可不加装油门电机用于控制柴油机转速。本系统选用北京凯迪恩公司CPU306小型可编程序控制器，可靠性高，体积小，输入点数为14个，输出点数为10个。电源、输入、输出电压均为24VDC。
分配PLC输入输出
根据自动化机组的控制要求和电气原理图，PLC输入、输出信号分配表见表1。

表1输入/输出分配表

注： I全为直流24V输入Q为无源触点输出（24V3A）1表示接通0表示断开

电路设计见附录1所示：（Autocad2004打开）

发电机时序图见附录2所示：（Autocad2004打开）

发电机PLC源程序见附件：（从北京凯迪恩自动化技术有限公司网站下载较新版EasyProg软件打开）源程序是加装接近开关，柴油机每转发出6个脉冲信号，柴油机每分钟1000转，0.5秒一个周期测速，如采用旋转编码器则0.1秒一个周期测速，效果更佳。

结论

采用PLC控制的自动化柴油发电机组，硬件结构简单，廉，响应速度快，性能、价格比很高，和单片机系统相比具有较高的可靠性。经现场使用考验，性能稳定，运行可靠。另外还可以根据实际需要很方便地进行扩展。程序稍作修改，就可以满足用户不同的控制要求，对于现代智能楼宇，控制系统还可以通过通讯模块纳入到整个楼宇的监控系统之中，体现出较大的灵活性和适应性，具有较高的实际推广价值。

随着科学技术的发展，实现中低压配电网的自动化已成为电力系统发展的趋势。中低压配电网作为输配电系统的最后一个环节，其实现自动化的程度与供用电的质量和可靠性密切相关。为此，本文特对中低压配电网自动化的必要性及其实现方案作简单的讨论。

1 实现中低压配电网自动化的必要性

1.1 实现中低压配电网自动化是提高人们生活质量、发展国民经济的要求

在现代社会中，供电质量的好坏，不仅反映一个国家或地区人们的生活质量、水平和投资环境的好坏，更是影响经济发展的重要因素，它决定着工业发展的方向、规模。实际上，信息时代的到来，要求不间断供电的计算机设备越来越多，给供电提出了更高的要求。停电或限电会导致减产，而忽然的停电则会危害工厂的重要设备。只有实现中低压配电网的自动化，才可能较大限度地提高供电质量，满足人们日常生活工作与生产的需要。

1.2 实现中低压配电网自动化是电力企业自身发展的需要

实现中低压配电网自动化，可提高供电的质量和可靠性。实现中低压配电网自动化，可减少故障次数，缩小事故范围，缩短事故时间，为恢复供电、快速分析、诊断、事故原因提供有效的依据。

实现中低压配电网自动化，可以提高整个电力系统的经济效益：减轻维护人员的劳动强度；减少操作人员；增强电力系统的免维护性；有利于提高设备的安全和健康水平，延长使用寿命。

实现中低压配电网自动化，可以提高整个电网的管理水平。主要包括：为电力系统计算机管理自动、准确、及时地提供更为详尽、丰富的数据和信地方、任何用户的计划停电、供电；可以方便、直观地监控全局内各个用户的用电、供电情况，实现总体控制。

1.3 中低压配电网是我国配电网自动化的薄弱环节

配电网自动化建设，在我国尽管起步较晚，但也已经进行了近20年的研究和实践，取得初步成效。但是研究与实践成果大多数都是在高压配电网（35 k V以上）层次上进行的，而在中低压配电网（配电房这一层次）的自动化问题上，还是一片空白，既没有总体的规划，也没有一个统一的技术原则。不仅如此，目前的纵向监控一般只限于变电站的出线以前，对于从变电站馈线到终端用户等属于用电管理范畴的监控，除少数大用户的负荷控制外，尚无其它监控手段。

2 中低压配电网自动化方案

2.1 电力系统自动化现有方案的比较

中低压配电网（主要指开关站、开关房、开闭所）的自动化和变电站的自动化具有一定的相似性。因此，分析一下变电站自动化的实现方法，对于正确确定中低压配电网自动化方案具有重要意义。

变电站自动化系统由5个部分组成：主站、远方终端单元（re mote terminal units，RTU）、线路传感器、远方控制SF6或真空开关、通信电缆。其中，RTU装置位于变电站现场，可以自动采集各种开关状态量（遥信）、模拟量（遥测），并经**通道传递到监控中心的主站系统；有的RTU还可以按监控人员的意图和指令执行特定的遥控操作，并将操作结果返送监控中心主站系统。

从变电站RTU可以实现的功能来看，变电站的自动化包括3个方面的内容：遥信、遥测、遥控。除此之外，有的系统还可以根据遥测的结果实现电能量总加功能。与此相应，变电站自动化系统可以分为两类：一类只实现了遥信、遥测的功能，即传统的SA系统；而较新的SA 系统则属于另外一类，它应该可以实现所有“三遥”功能。这两类系统对应着电力系统自动化的不同阶段和水平。

从变电站RTU实现遥测的方法来看，RTU存在两种实现方案：

a）直流采样方案

这种类型的RTU装置在采集模拟量之前，先利用变送器将交流转化成直流，然后再使用RTUA／D转换元件将直流量表示成数字量。其装置以模拟电路为主，辅以少量的数字电路。其特点在于需要变换器，*高级的数字处理单元（CPU等），难以反映模拟量的瞬时变化，无法进行谐波分析，电能量总加功能的实现比较复杂困难。

b）交流采样方案

这种类型的RTU装置直接使用A／D转换元件对交流电量进行采集计算，*变送器之类的转换设备，但需要快速的数字处理单元进行配合，以对采集到的数据进行分析、综合。它不仅可以反映电量的瞬时变化，而且可以进行谐波分析，计算频率，简单地实现电能量总加功能。它们多使用微型计算机（如8 X86等）配合多个单片机（如8051、8098等）、并加上大量的A／D转换电路，来实现开关量、模拟量的采集。

当前在数字技术得到充分发展和应用的情况下，交流采样方案是配网自动化的一个合理选择。它以数字电路为主，辅以少量的模拟电路，功能强大，扩充容易，可靠性较直流采样方案有较大提高，综合。

2.2 中低压配网自动化的应用特点

中低压配网自动化系统由主站、远方终端单元（RTU）、线路传感器、远方控制SF6 或真空开关、通信电缆等五个部分组成。中低压配电网自动化的应用有自己不同的特点：

a）传统的变电站RTU在功能上偏重遥信、遥测，但中低压配电网的自动化对象（开关房、开闭所和配电房）数目繁多，开关操作频繁，更注重遥信、遥控功能。

b）中低压配电网的自动化对象遍布城市、农村等各种不同环境，被不同层次的用电管理人员（包括农村电工）所操作。更要求其具有安装灵活、易操作、免专业维护、抗恶劣环境等特点。

c）应用于中低压配电网的RTU，在功能上应具有模块化结构，在硬件上要越简单、越可靠越好。较好是同一套简单硬件，只要简单进行一下设置，就可以满足不同场合、不同规模的要求。

由此可见，有必要开发新型的、不同于传统结构的RTU，以适合中低压配电网自动化的特点和需要。

2.3 中低压配电网自动化RTU的PLC实现

可编程序控制器（programmable logic con－troller，PLC）技术经过几十年的发展，已经相当成熟。其品种齐全，功能繁多，已被广泛应用于工业控制的各个领域。用PLC来实现中低压配电网自动化的RTU功能，能够很好地满足RTU的特有的要求。在国内市场，有来自许多*厂家的PLC产品。这些产品从简单到复杂，都自成系列，可以满足不同应用的特殊要求。大多数中低档次的PLC产品，都包含有离散点输入和输出（点数的多少可以依据应用情况增减）、模拟采样输入、时钟、通信等功能。利用这类PLC的现成功能，可以方便地实现中低压配电网自动化的 RTU功能。使用PLC的离散输入点来实现遥信、用PLC的离散输出点来实现遥控、用PLC的模拟采样输入来实现遥测、用PLC的通信功能来实现和主机的通信。完成这些功能，都*额外的硬件，只需根据开关房的实际情况，对PLC进行简单编程即可。不仅如此，利用PLC的模拟输出功能，甚至还可以实现配电网的遥调。例如调节调压变压器的变比，调节静止无功补偿设备的电压、电流相角等。

这样一种基于PLC的中低压配电网自动化的RTU实现方案，完全可以满足中低压配网自动化的特殊要求。它具有以下特点和优势：硬件结构简单，完全免维护；规模可大可小，只需将 PLC的扩展模块连接在一起，就可以实现遥控点、遥信点、遥测点的增加；抗恶劣环境；高可靠性；编程实现各种功能，免硬件调试；费用低廉。

PLC方案在具体设计时，包括以下几个步骤：

a）获取操作点数。了解配电网的基本情况及自动化的具体要求，确定系统需要进行遥控、遥信、遥测、甚至遥调的设备，统计各处配电房需要这4种信号的具体点数。

b）确定通信方案。根据配电网的规模及分布情况，确定总体设计方案，主要是通信方案的设计和选择。

c）PLC选型。根据各处各种操作的点数以及所确定的通信方案，选择恰当型号的PLC 来实现RTU功能。

由于RTU需接受监控中心的指令，并上传配电网、开关柜的信息，所以通信功能是选择PLC的主要考虑因素。

由于各开关房、开关柜的操作类型、操作点数往往相差很大，因此，PLC是否具有模块化结构和组态能力，是否能够灵活、经济地组成输入点、输出点、测量点（A／D）、调节点（D／A）的规模可变系统，是选择PLC型号的另一个主要考虑因素。

目前，很多厂家的产品，都可以满足通信以及模块化的要求。例如，SIEMENS的 S7－214以上系列，三菱的A1S系列，松下的较高级别的PLC系列等。根据具体情况，在一个配网自动化工程中，整个配电网系统可以选用同一个厂家的PLC，也可以根据配电房的具体情况，选用不同厂家的PLC，以利用各厂家PLC的优势和特色。

3 RTU功能的PLC实现

RTU功能的PLC实现包括硬件实现和软件实现两个方面。

3.1 硬件实现方面

在硬件方面，主要存在PLC的电源如何提供，PLC如何实现长距离的通信，遥控、遥信、遥测、遥调如何具体实现等问题。

由于PLC都有配套的**电源模块，因此在设计RTU时，主要应考虑电网断电后PLC 的供电问题，通常以配置充电电池的方式解决。

一般PLC的通信模块只具有短距离的通信能力，虽然有些公司为PLC提供配套的组网模块，但通信距离也限制在若干千米以内。而配电网的特点是点多、面广，因此，必须借助其它方式以延长PLC的通信距离。方法很多，有电话调制解调器方案、专线调制解调器方案、无线方案、寻呼台服务方案、光纤方案等。在同一个配电自动化工程中，可以根据具体情况，采用单一方法，也可以采用多种方法组合。

在RTU的四遥操作方面，由于PLC的电平以及功率容量同操作设备不可能正好一致，加上有电气隔离的要求，因此，必须增加辅助的电位转换、功率放大、电气隔离等模块和器件。

对于遥控，当PLC收到开关指令时，输出点到内部电源的通路被接通或关断，如果直接用输出点的输出电流去操作开关设备，则功率根本不够。因此，可把PLC的输出点作为一个小功率继电器的激磁电源，以控制该继电器的常开或常闭触点的开合，再由该继电器去控制配电网的配电开关的操作电源，使配电开关动作，线路或配电设备被投切。

对于遥信，则是将被测开关的辅助触点两端引线接到PLC的输入点和地，当配电开关动作时，辅助触点相应开闭，PLC的相应输入点与地之间被断开或短接，从而在PLC内部获得一个高电平或低电平。

对于遥测，经互感器出来的信号，必须落在PLC的A／D转换模块的测量范围之内，才能接入到相应模块的输入端。此外，在选择PLC的A／D模块时，还要考虑采样周期问题。周期太长，将无法获得精确数值。

PLC可以实现遥调功能，但因电网中应用很少，这里不予详述。

3.2 软件实现方面

在PLC软件方面，由于PLC以循环扫描和中断两种方式来执行程序，因此为了完成所有RTU功能，PLC软件应包括：循环扫描执行的主程序；通信程序（接收和发送报文）；收到报文分析程序；上发报文产生程序；输入点电平中断扫描程序；操作执行程序（遥控、遥信、遥测等）。

在上述程序模块的编制中，应重点考虑以下问题：

a）PLC的主CPU的速度是否足够快？如何编制出执行时间短的程序？

b）PLC和监控中心的通信要利用一套复杂的通信规约，PLC的程序容量能否容下所有程序？如何编制出短小精干的程序？

c）PLC是通过循环扫描输入点的内存映像以获取输入点的输入状态的，在配电开关动作时，相应辅助触点往往存在短暂的抖动。抖动的机械频率虽然很高，但相对于PLC的程序扫描执行的频率却是很低的，因此这种抖动会在PLC的内存映像中反映为多次不相干的开关动作，如何在程序上这种开关动作的象？

实践证明，采用恰当的编程技巧，以上各种问题都可以得到圆满解决。

4 结论

实现我国中低压配电网自动化，是提高供电质量、用电可靠性和提高电力企业自身水平的需要。利用PLC来实现中低压配电网的RTU功能，具有简单、可靠、易用等特点，是一个比较有应用前景的实现方案。