6ES7352-1AH02-0AE0代理

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    2 地铁变电站自动化系统组成 
       在本地铁变电站自动化系统设计中，采用分层分布式功能分割方案。系统纵向分三层，即变电站管理层、网络通讯层和间隔设备层。分层式设计有利于系统功能的划分，结构清晰明了。系统采用集中管理、分散布置的模式，各下位监控单元安装于各开关柜内，上位监控单元通过所内通信网络对其进行监视控制。变电站自动化系统需要对35kV交流微机保护测控装置、直流1500kV牵引系统微机保护测控装置、380/220V监测装置、变压器及整流器的温控装置、直流/交流电源屏等设备进行监控和数据采集。 
       由于可编程序控制器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来实现地铁变电站自动化的RTU功能，能够很好地满足“三遥”的要求。本系统采用了Modicon Quantum系列PLC，来实现变电站自动化的RTU功能。Quantum具有模块化，可扩展的体系结构，用于工业和制造过程实时控制。对应于变电站的电压等级和点数的多少，可以选用大、中、小型不同容量的PLC产品。 
       随着当地保护装置功能的日益强大，可以通过与保护装置的通讯来实现遥控和遥信功能。一些特殊要求的情况下，采用DI、DO、AI模块来实现遥控和遥信。使用PLC的DI模块来实现遥信、用PLC的DO模块来实现遥控、用PLC的AI模块来实现遥测、用PLC的通信功来完成与微机保护单元的通讯。利用PLC的各种模块可以很方便的实现“三遥”基本功能。

    3 地铁变电站自动化系统设计

    3.1 系统结构

       变电站管理单元内的主监控部分采用可编程控制器PLC。CPU模块采用80586处理器,主频66MHz，内存2M，并配有存放数据、可调参数和软件的 RAM和FLASH MEMORY。能对CPU及I/O进行自诊断。 
       电源模块，采用冗余配置。电源采用冗余配置，系统输入两路直流电源，保证系统在1路电源失电时，系统仍可无扰动运行，提高系统的性。通讯模块采用Modbus＋通讯模块。
       间隔层的微机保护装置经过RS-485总线分成几个组，连接到网桥的Modbus通讯口上，通过网桥收集数据并将这些数据通过MB+网络送到主监控单元PLC。 
      系统的主监控单元可通过可编程网桥编制不同的规约，满足与不同智能设备之间的接口需要。MODBUS网桥NW-BM85C002 MB+网桥/多路转换器，每台网桥具有4个通讯口与间隔层的智能设备通讯，网桥将MODBUS协议的数据进行协议转化，通过MB+网络与PLC建立网络通讯;同时在信号屏中还配有可编程网桥NW-BM85C485，通过MB+网络与PLC连接，每个可编程网桥具有四个通讯协议可编程的RS-485口，在本方案中对其中的两个口进行编程，使之通过IEC-60870-7-101与控制通讯。 
       系统网络通讯层向上通过可编程网桥的RS-422接口采用IEC60870-5-101标准规约实现与控制通讯;向下网络通讯层通过网桥RS-422接口MODBUS标准规约实现与主变电站内的各开关柜或保护屏内的微机综合保护测控单元等智能装置通讯，满足变电所综合自动化系统控制、测量、保护的技术要求。通过网桥与智能设备及控制通讯，由网桥实现协议转换，降低PLC的CPU模块负荷率，提高系统的性。 
       配置液晶显示器，用于变电所内监控、软件维护，设备调试，站控层操作等人机接口。带有液晶显示器实现站内数据的显示和控制。液晶显示以汉字实时显示所内所有事故、预告信号、所内各微机综合保护测控单元的运行状态。事件变位的内容、时间等。当多个事故信号同时发生时,液晶显示报置按新旧次序，在所内时间分辨率的范围内依次显示各种信息,并能存储。操作员通过按钮对显示进行选择,必要时操作员可通过该组操作按钮对开关进行所内集中控制。 
     “就地-远方”控制切换装置。为便于系统运行的需要，在信号屏内装有“就地-远方”切换开关，实现就地控制和远方控制之间的方式切换和闭锁。在变电站控制上，方便分层控制和管理。 
       系统的电源采用冗余配置，系统输入两路直流电源，保证系统在一路电源失电时，系统仍可无扰动运行，提高系统的性。

    3.2 开放式、宜扩展性设计 
       可以与满足相应标准规约(profibus, spabus, modbus等)的其它公司相关的(IED)互联进行信息交换。充分考虑到变电站扩建、改造等因素，间隔层设备基于模块式标准化设计，可根据要求随意配置，变电站层设备设置灵活。 
       网络通讯层设计考虑到工业以太网、CAN、422、modbus＋等现场总线的接口设计，能充分满足大流量实时数据传送的实时性和性。

    3.3 软件设计 
      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。为了完成所有RTU功能，PLC采用循环扫描方式，与各个间隔层保护单元进行通讯。通过Modbus总线，读取各个保护单元的遥测、遥信信息，同时通过总线通讯对各个智能保护装置进行设点操作，实现对开关的遥控功能。本系统采用了Quantum系列PLC配套的concept编程软件中的FBD方式，进行了PLC的组态，实现了变电站自动化的三遥功能。 
       通过使用合适的功能块的组合，可以实现你所要的功能。其中的功能块有concept软件的FFB libarary 提供的标准功能块，也可以自己定义，自己特的功能块。 
       遥信的实现，有两种方式。一种是通讯方式，当变电站设备发生变位时，通过PLC与智能保护装置的通讯，读取变位的信息到PLC中，并将其上送给控制。另一种为DI模块方式，通过连接设备的位置继电器，PLC的DI模块能够感知设备的变位信息。 
       遥测的实现也包含两种方式。一种是通讯方式，PLC通过与智能保护装置的通讯，实时保护装置的遥测量信息，相当于由保护装置完成现场级的采集功能。另一种为AI模块方式，由PLC自己来完成现场的遥测量，并将采集到的数据存放在RAM中。网桥将RAM中的遥测量信息，作为二级数据，实时的与控制进行通讯。 
        网桥中的报文接析程序分析控制传来的报文，如果分析认为其是遥控报文，对其进行报文解析，将的遥控对象信息写入PLC，由PLC程序与智能保护装置通讯，来完成遥控功能。

    3.4 系统功能及特点

       变电站自动化实施对变电站各种设备进行实时控制和数据采集，实现对各种设备的微机控制、监视、逻辑闭锁、微机测量以及实现所间开关联跳功能。

    变电站自动化系统的特点:

(1) 完善的自检功能，除通过通信对各单元进行监控外，各单元中保护和监控模块都具有强的自检功能，同时二者相互监视，一旦发生异常，及时报警，提高系统运行性。
(2) 开关、闸状态信息采用常开及常闭双位置接点，通过软件判断其合法性。
(3) 监控系统采用PLC代替传统的RTU，各智能模块采集的数据通过现场总线上传到通讯控制器。
(4) 取消了常规光字牌，采用计算机模拟光字牌，并按不同电压等级的分层模式来显示。
(5) 简化防误闭锁设计，重要设备之间用硬接线实现闭锁功能，综合自动化软件具备软件逻辑判别功能，但考虑到已有运行和检修经验，一般不在后台软件中进行闭锁。
(6) 对暂态变位信号，经软件处理，采用自保持方式，未经人工确认信号不会消失。

    4 结束语 
       在实际运行中，网桥与控制的双通道设计，给运营和检修带来了很大的便利。因为是软件自动切换，克服了进口系统手动切换通道的缺点，通道的状态由软件来判断，大大提高了发现问题的及时性。双通道同时出现故障的概率并不是很高，实际运营中有在备用通道长时间运行的情况，这样就给检修人员预留了充足的时间来检查问题。 
       PLC硬件由于应用工业级性设计，因此实际运行中非常，绝少出现死机的情况，性远采用bbbbbbs操作系统的通用计算机，很好的满足了供电监控的要求。从交付使用到现在PLC还没有出现过硬件故障，凸显了PLC对地铁的潮湿、高温环境的适应性。模块化的设计也使的系统的检修和换为便捷。 
       需要改进的方面，就是对通信的改进。由于设计中没有采用光纤通讯模块，各设备对由绝缘检修和线缆破损窜进来的高压电，不能非常有效的隔离，会造成设备的高压击穿，造成不必要的损失，计划在今后的设计中对于高电压的隔离方面加以改进，就可以很好的避免这种问题。

1 引言 
       生产微细滑石粉、微细碳酸钙粉的某一化工厂，其粉体生产线中的矿粉的分离、运输、收集、整理、打包出货等是通过多台电机、各种电磁阀、运输带的顺序开启来实现的。工厂过去采用的是人工值守，需要工作人员就近启停机器，而且要按照一定的操作顺序进行，增加员工的劳动强度。由于生产规模的扩大及改善员工工作环境的需要，原有设备已不能满足需要，增加生产设备，同时对原有生产线设备进行改造扩充。可编程控制器(PLC)由于具有了体积小巧、易于设计新、调试方便、简化线路、性高等优点，为各种生产线自动化设备提供的控制方案。因此在本生产线自动化控制改造中，采用PLC来实现原有设备的改造扩充及对新增设备的自动化控制。

       2 生产线工艺设备描述 
       控制系统包括原有生产线及新增生产线，使用PLC在完成新生产线控制的同时还要与原有生产线进行兼容控制，原有设备的一些动作信号要与新设备进行连锁控制，在新生产线中，用分离机分离矿颗粒，通过输灰机完成粉料的输送处理，用转饲机进行粉料的混合，后螺运机对粉料完成提升、分类收集、运送等处理。 
      在本次PLC改造应用控制系统中，PLC除了控制原有的8个袋滤集尘阀的定时顺序工作，新增加控制2套输灰机控制系统、分离机3台(15HP)、风车1台(100HP)、螺运机2台(2.2kW)、转饲机1台(3.5kW)、2位5通电磁阀及各种仪表若干。从提高工厂供电电网的功率因素及节电方面考虑，采用变频器对生产线上长期运行的各个电机进行变频驱动控制，并且在变频器电源进线端加装进线三相交流电抗器，用于减少电机启动时对电网冲击。PLC接收变频器的故障信号及其他反馈信号，控制电机的启动停止及各电磁阀的开闭动作来完成对整个设备的自动化控制功能。

       3 PLC型号配置及控制对象 
      根据控制功能要求，需要对设备进行各种逻辑、顺序、过程控制，包括对设备的手自动控制、各种报警输入、输出，信号反馈等的多层控制等，对PLC的输入输出的点数要求较多。其中，PLC控制的输入信号包括:操作台的启停按钮、压力表的高低压反馈信号、各个电机运行反馈信号、转速表高低速反馈信号、各种故障输入信号等共42个输入点;PLC控制的输出信号包括:各个电机、电磁阀、变频器、状态指示输出等共38个输出点。本系统中采用三菱MELSEC A系列中的A1SH CPU模块及其扩展I/O模块，包括1个A1SHCPU、1个电源模块A1S61PN、4个继电器型输入模块A1SX20、3个继电器型输出模块A1SY10，1个连接底盘A1S38B(8 Shots)等。 
       4 软件设计 
       根据生产线的工作要求，确定各个动作的先后次序和相互关系，写出PLC各个输入输出信号间的逻辑关系，再由逻辑关系转为梯形图。PLC控制分手动和自动控制两部分控制，根据系统控制要求，程序设计包括输灰机控制及螺运机控制设计等等。 
       4.1 输灰机工艺原理 
       (1) 基本工艺过程 
      由原设备成品桶、入料桶连锁信号及压缩空气压力表反馈信号作为输灰机控制系统的启动停止信号，正常状态下由操作人员通过操作台启动停止按扭启动输灰机控制系统，压缩空气异常时报警停机。按下启动按钮后，打开进气电磁阀加压，若管路压力表此时处于设定压力上限位置(高压)，则开启输灰阀输送粉料，若此时压力表处于设定压力下限位置(低压)，则计时停止进气及输灰，打开进灰阀入料，同时开启收尘机助泄阀助泄，当入料计时到或入料桶处于高料位位置时关闭进灰电磁阀，从而完成一个进灰输灰控制循环。 
      当进气阀开启而压力表时处于低压位置时为加压时间过长，或输灰阀开启而压力表时处于高压位置时管路堵塞，存在加压过长或管路堵塞时声光报警停机，此时需要故障复位报警后才能启动输灰机控制系统。 
       (2) 启动条件 
       ●自动选择; 
       ● 成品桶、入料桶连锁信号正常; 
       ● 压缩空气压力表正常。

       (3) 停止条件 
       ●入料计时到; 
       ● 入料桶处于高料位置; 
       ●进气阀开，1000s，管路不是高压，加压过长; 
       ●输灰阀开，2000s，管路不是低压，管路堵塞; 
       ● 其它故障信号。 

       (4) 电磁阀配置结构原理 
       输灰机控制部分主要控制各种2位5通电磁阀。电磁阀配置结构简图参见图3所示。包括进气阀、输灰阀、进灰阀、助泄阀、压力表、状态指示灯、故障报警蜂鸣器等。正常时为自动控制状态，由安装在输灰管路上的压力表给出的压力高、低限位的反馈信号，来控制各个电磁阀及电机的开停，当系统需要强制输灰、采样、调试或出现故障时使用手动立回路启动输灰机控制系统。 
       4.2 螺运机控制部分 
       螺运机自动控制系统的工作流程。通过操作台顺序启动按钮启动分离机1、2、3号，然后启动风车，打开风挡，启动转饲机再启动螺运机，启动过程中不断观察现场情况。在开启风车的同时或由压差表给出的压差值，按定时按顺序间隔开启1#～8#袋滤集尘阀，直至按下风车停止按钮停止集尘阀。各个电机的热继电器信号及转速表高低速信号作为其停机信号反馈至PLC。分离机、风车、风挡、转饲机、螺运机及输灰机在各个环节之间环环相扣，按照一定工作顺序自行投入运行。 
       4.3 袋滤集尘阀的控制设计 
       袋滤集尘阀的自动控制设计主要是使用PLC内部的软定时器进行从1#集尘阀到8#集尘阀时间顺序循环工作，直至命令停止。 
       4.4 报警程序设计 
       各个控制部分或元件出现故障时要有声光报警，当报警发生时故障部分设备停止运行，或投入备用设备运行，或进行故障清理后继续运行，或使用手动立回路单个启动控制系统。故障包括各个电机的热过载继电器、变频器故障、输灰机的加压过长、管路堵塞故障等等，采用三菱PLC的PLS指令可以很好的实现报警控制功能。 
       4.5 分离机控制部分 
       分离机属于高惯性离心式机械，其工作特点为起动时工作电流较大，正常工作时负载较轻，停止时惯性较大，采用变频器控制可以很好的减少启动电机时对电网的冲击，并采用屏蔽控制电缆减少变频器对其它电器元件的高次谐波影响，本次设计采用富士FRNP11S系列变频器控制分离机。 
       5 结束语 
       项目自动控制系统设计采用MELSEC A系列PLC，具有强大的扩展功能、高度性及向上兼容性。A1SH CPU内部64K内存，8K步编程内存，256个I/O点，可扩展2048个远程I/O点，锂电池5年使用寿命，同时可通过网络模块(CC-bbbb)与厂中临近的另一套采用三菱A系列PLC生产线相兼容组网，也可组成分布式I/O，减少连线。投入使用一年多，设备的各项技术性能指标均达到了预期要求，大大提高了工作效率，降低了成本，达到生产改照的目的。