西门子模块6ES7222-1HD22-0XA0库存

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   一.前言：

    近年来，我国高速公路建设的发展，自1988年建成我国条高速公路，到2004年底，我国高速公路通车里程已过3.4万公里，仅次于美国，继续保持世界二。高速公路及其他高等级公路的建设，改善了我国公路的技术等级结构，改变了我国公路事业的落后面貌，缩短了我国同发达国家之间的差距，有效地拉动内需，刺激了高速公路附近地区的经济繁荣和发展，高速公路的发展对国民经济产生了越来越重要的影响。在高速公路上，设有很多收费站，每一进、出车道上均有一栏杆机，栏杆机的传动需要变频器驱动。这些收费站大都远离城市，收费站的生活区也不可能由城市自来水供应。一般是就地打一口井，抽地下水满足生活需求，这就需要一套小型的供水系统。高速公路上每间隔50~60公里就有一个服务区，这些服务区也是远离城市，同样需要立的供水系统。在全国，高速公路收费站、服务区的数量众多，变频恒压供水系统是必然的选择。另外，在较长隧的通风系统中变频器也有应用。

    二.变频器在栏杆上的应用

    栏杆机控制高速公路的起、闭。栏杆机由金属机箱（橙黄色）、电机、减速器，变频器、动态平衡器、控制凸轮组、横杆、防砸检测器等组成。-其中控制器由两部分电路组成，一部分控制档车器的横杆运动；另一部分用于处理各种输入输出信号，如防砸处理、119报警处理和等待放行功能等。栏杆机与入口终端机及出口终端机等设备联机，以控制档杆之开启与关闭。档杆长度为3米或以上。档杆可做0~90度间连续运转不会过载，启、闭档杆的时间在5秒以内，每天可操作10000次。栏杆机的供电电压为交流220V，由于高速公路收费站远离城市，供多就近取自农网，农网的供电压不稳定，电压的波动达到20%。由此对变频器的要求是：频繁的起动停止﹑快速的加减速﹑适应宽范围波动的电源电压﹑运行平稳﹑栏杆起升﹑下降的位置准确。一般栏杆机安装在野外，收费站的棚可遮挡从上面下的雨，但挡不住风大时从侧面吹来的雨水，因此，栏杆都有一个封闭的机箱，用来安装变频器和电器控制系统。变频器装在空间不大的封闭机箱中，在夏季气温较高时不会引起过热跳闸。因为安装位置有限，要求变频器的体积尽量小。

    希望森兰SB40D系列变频器是的通用变频器、具有较高的启动转矩、设计上运用有树状散热器，可使机身小型、生产采用贴片工艺，使机器性大幅度提高、内置PLC功能、IGBT、IPM智能功率模块运行、多路可编程功能输出端子和继电器输出端子、输入电压的变化范围允许在176V~264V之间。在某高速公路收费站用希望森兰SB40D0.75KW变频器控制栏杆机，变频器的设置如下：F02=1运转指令由端子控制，F08=0.7加速时间0.7s，F09=0.7减速时间0.7s，F31=0.1起动持续时间0.1s，其余均按出厂值。栏杆机使用变频器后，由于加减速时间可任意调节，此处设置加减速时间为0.7s，档杆每天操作数百次至上千次，挡杆起降平稳自如；输入电压的变化范围到20%后，没有因电压的波动跳闸，了较好的使用效果。

    三.高速公路服务区和收费站的恒压供水

    高速公路服务区和收费站中有不少工作人员，有人生活的地方就一定要用水，而服务区和收费站一般离城市较远，不可能依靠城市自来水管网供水，只好就近取水源供水。

    四.收费站的变频恒压供水系统。

    高速公路某收费站有20多人，离近的城市也有10公里的路程，生活用水就自建一个小型的供水系统。选择适当的地方，打了一口30米深的井，地下水的水质还不错，细菌含量自来水饮水标准，经沉淀，过滤后就是的生活用水。抽水泵采用一台功率22kw深井泵，用钢丝绳吊装在离井口28米的井水中。井水抽上来进入沉淀池，过滤后再由两台15kw水泵（一用一备）将水送入管网供使用，变频恒压供水系统的主电路原理图和控制原理图如图1和图2所示。

    图1恒压供水主电路原理图

    图2恒压供水控制电路原理图

    从图1可见，由于供水泵是一用一备，任何时候都只有一台水泵在变频状态或者在恒速状态工作，图中的KM1~KM4就用于变频和恒速；1#泵和2#泵之间的切换，所以系统具有较大的灵活性，可任意选择1#泵和2#泵工作于变频或恒速。

    恒压供水选用森兰BT12S15KW系列风机、水泵变频器，该系列变频器有内置PID调节器，并集成有供水软件，非常适合恒压供水应用。压力变送器选用森纳斯DG13W-BZ-A量程1MPa，显示器采用宏润WP-801多功能显示器，在运行过程中，可从显示器上读出实时的压力值。

    收费站的楼层一般都不高，恒压供水的给定值设为0.25MPa~0.3MPa，可用外接电位器或直接在变频器操作键盘上设定。为防止无关的人员修改设定，使用键盘设定。

    从图2可见，K3用于恒速/变频选择；ZK1、ZK2为中间带零位的三位旋钮开关，用于水泵的选择，并且为保，恒速与变频之间；1#泵与2#泵之间都有互锁。本例恒压供水系统已经运行了两年，为用户节省了电能，了较好的经济效益。

    五﹑变频器在隧道通风中的应用

    在山区修建高速公路，必然要建隧道，当隧道的长度较长或隧道穿过有煤层地质存在的地方时，由于隧道较长，车辆经过时扬起的灰尘和煤层中泄出的瓦斯在隧道中不易消散，前者在隧道中使能见度降低，引发交通事故；后者使瓦斯在隧道空气中积累，当瓦斯在隧道中集聚的浓度比较高时，可能引发恶性爆炸事故，这应该避免发生的。

从现代社会对配电的要求、电力企业自身的发展需要、国内外配网自动化发展的状况等方面，论述了中低压配电网自动化的必要性；对配电网自动化的几种现有方案进行了比较，提出了用可编程序控制器（PLC）来实现中低压配电网自动化的解决方案，并对PLC方案的具体实现作了详细的介绍。 
关键词：配电网；自动化；可编程控制器 

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后一个环节，其实现自动化的程度与供用电的质量和性密切相关。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，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，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，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，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，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。要求其具有安装灵活、易操作、免维护、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、越越好。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，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，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，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；高性；编程实现各种功能，免硬件调试；廉。 

PLC方案在具体设计时，包括以下几个步骤： 

a）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，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，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，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、、易用等特点，是一个比较有应用前景的实现方案