西门子6ES7223-1BF22-0XA8一级代理

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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。

1 引言
发动机装配线PLC控制系统，主要针对包括转台、举升台、举升转移台、翻转机五种工位的控制。在汽车发动机装配过程中，由于被装配零件的多样性，需要在装配线的每个工段适当调整发动机的方位以方便装配零件。装配线上共计20余个工位，包括7个普通转台、2个维修转台、4个无滚轮举升台、7个单向滚轮举升台以及2个翻转机。
整个被控对象包括22个工位,每个工位上包含必需的转移电机或举升电机,此外还有32个生产线传输电机。每个工位均由一个ET200S和一个ET200eco从站组成,用于该工位的I/O点数据采集和发送以及分散控制。
2 系统结构及功能
系统包括操作员站、工程师站、自动化系统、网络和现场I/O站等几个部分。
系统各部分功能:
操作员站:提供全汉化人机界面，实现控制系统的监控操作功能(操作、显示、报表、报警、趋势)，并且可以在人机界面上直接查看对应的step7源程序。
工程师站:用于系统的组态和维护。
自动化系统:使用SIMATIC控制器完成回路调节和逻辑运算。
现场I/O站:使用现场总线技术，在设备现场直接采集现场仪表的信号,控制现场的执行机构。
现场总线ProfiBus:用于连接控制单元与操作员站以及管理网络。
本系统采用PLC300CPU和CP342-5、CP343-1的接口模块相连构成系统的主站。CP342-5是用于连接S7-300和profibus-DP的主/从站接口模块，CP 343-1是用于连接S7-300和工业以太网的接口模块。在该控制系统中，除了上述主站外，从站是由22个ET200S和22个ET200eco组成，分别分布在两条profibus网络上。CPU上自带的profibus-DP接口构成profibusⅠ线，CP 342-5接口模块构成profibusⅡ线。
系统配置功能图如图1所示:

系统中ET200S从站上采用的IM151-1接口模块有两种: 基本型和标准型，基本型的接口模块所能挂接的电源管理模块和I/O模块个数范围为2"12个，标准型的接口模块其范围为2"63个。所以当从站I/O模块较多时，宜选用标准型的接口模块。接口模块上带有profibus地址设定拨码开关。
系统中ET200eco从站中选用了8DI和16DI两种模板，模板结构紧凑，模板的供电采用7/8’电源线，模板的通讯采用M12通讯接头。接线灵活而快速，方便拔插。其接口模块上带有2个旋转式编码开关用于profibus地址分配。
网络设备按照适应工业现场环境的程度，以及生产线的布局来考虑选用不同防护等级。控制箱中的模块采用防护等级为20的ET200S I/O模块，对应每个控制箱的还有一个防护等级为67的ET200eco模块，置于生产线滚轮下方，由于该模块需要接触到现场较为恶劣的生产环境，因此需要有防油防尘等功能。

3 目标控制系统
3.1 系统设计
汽车发动机装配线是一个对发动机顺序装配的流水线工艺过程。由于工艺的繁琐性，工程的计算机控制系统考虑采用分散控制和集中管理的分布式控制模式，采用以PLC为构成的计算机控制系统，各立工位控制系统之间通过网络实现数据信息、资源共享。该装配线在整个生产过程中较为关键，由于每个工位之间是流水线生产，因此每个环节的控制都具备高性和一定的灵敏度，才能保证生产的连续性和稳定性。从站中的每个ET200S站和其对应的ET200eco站共同构成一个工位, ET200eco主要是采集现场数据之用。ET200S站的模块置于小型控制箱内, 对于工位的基本操作有两种方式，就地控制箱手动方式和就地自动方式。由于每个控制工位的操作进度不一致，操作工可以按照装配要求进行手自动切换。特殊情况下亦可通过手动操作进行工件位置的修正。
安装在各工位的分布式I/O模块ET200S和ET200eco通过现场检测元件和传感器将系统主要的监控参数(主要是开关量)采集进来，ET200S和ET200eco将现场模拟量信号转换为的数据量，通过速度可达12M的Profibus-DP现场总线网络将采集数据上传到控制器，控制器根据具体工艺要求进行处理，再通过Profibus-DP网络将控制下传给ET200S，实现各工位的控制流程。PROFIBUS是应用广泛的过程现场总线系统。PROFIBUS有三种类型:FMS、DP和PA。PROFIBUS-FMS可用于通用自动化,ROFIBUS-DP用于制造业自动化,ROFIBUS-PA用于过程自动化。使用PROFIBUS过程现场总线技术可以使硬件、工程设计、安装调试和维修费用节省40%以上。PROFIBUS-DP的技术性能使它可以应用于工业自动化的一切领域，包括冶金、化工、环保、轻工、制等领域。除了安装简单外，它有高的传输速率，可达12Mbits/s，通讯距离可达到1000米，如果加入中继器可以将通讯距离延长到数十公里，具有多种网络拓扑结构(总线型、星型、环型)可供选择。在一个网段上多可连接Profibus-DP从站即ET200S或是ET200eco 32个。
整个控制系统根据工艺划分由转台、举升台、举升转移台、翻转机五种工位组成。各部分可立完成各自的控制任务，并通过工业以太网实现和上位监控系统的连接，由上位系统实现各部分的协调控制。
装配I线工程PLC控制系统和网络通讯系统具有下列特点:
(1) 计算机集成自动化过程控制系统，分布式、高性、高稳定性。
(2) 从站作为相对立的系统分散控制各个工位的运行。
3.2 系统控制要点
(1) 该系统网络中一个主站CPU下两条profibus网络所带的从站有44个之多，在利用Simatic Manager编程软件进行硬件配置时，根据S7-300CPU中CPU31XC的地址分配的参数规范，对于数字量输入输出，其分配的参数范围为0.0"127.7。因此在进行硬件配置时, S7"300CPU自带的profibus-DP接口上的profibus I线上的模块数字量I/O地址一般规定在0.0"127.7的范围中,如有出则采用间接寻址的方式来处理。profibus Ⅱ线上的模块的数字量I/O无论处在哪个范围中,都采用间接寻址方式。
(2) 关于接触器的硬件互锁。对于转台工位，转台有正转和反转两种工作状态，因此转台的回转电机需要有一个负荷开关和两个接触器一并来控制(而举升电机一般只需要一个负荷开关和对应的一个接触器即可进行控制)，接触器分正转接触器和反转接触器，输入端为380AV。正转接触器的三相电压A、B、C分别和反转接触器的C、B、A短接。如图2所示，当程序在执行过程中，若存在某些漏洞使得正转接触器和反转接触器的输出点同时置1时，则会出现正转接触器和反转接触器各自的A相和C相短接，造成接触器短路损坏，主电源开关跳闸。为了避免这种事故的发生，保程序中不能出现两个接触器同时置1的情况，其次即是采用接触器上硬件互锁，如图2所示，点Q1、点Q2是输出控制点，Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子，同理， Q1两端本应接在正向接触器的两个输入端子，但是改接成如图所示。接触器上有自带的一个常开点和一个常闭点，互锁中只需用到常闭点，当输出点Q1闭合时，正向接触器上常闭点随之断开，则Q2输出点两端之间不可能形成回路，也就不会出现短路跳闸的事故。

(3) 该项目中涉及到的变量数目较多，根据现场情况随时可能有改，为了便于管理，采取S7程序界面和Wincc人机界面共用一套变量。这样可以将建立变量的工作量减少一半，也将出错概率减少一半。先安装step7软件，之后自定义安装Wincc软件，将Wincc通讯组件安装完整。然后在step7软件中插入OS站，可点击右键打开并编辑Wincc项目。在Wincc项目中需要引用变量的位置进行变量选择，出现变量选择对话框，即可在step7项目变量表中选择需要的变量，从而保证人机界面和下位机所用变量的一致性。
3.3 系统控制功能
(1) 手自动回路的切换
在Wincc人机界面上可以很方便地知道每个工位的手自动状态，但是手自动状态的切换是在从站的控制箱面板上实现的。在自动状态下，工位的操作全由下位控制，可实现全自动控制机械的操作流程。在手动状态下，操作具有自保护功能，在某些机械操作动作下通过软件互锁可杜绝相应的危险动作的发生。
(2) 保护
上位监控系统设定了若干级操作密码，管理员和操作员分别有自己的操作权限，且操作员在进行操作时有必要的警告提示框和信息提示框出现。
(3) 查询源程序代码
当上位机画面显示某个工位出现故障时，可从画面直接点击按钮进入相应的下位机梯形图程序界面，即可查找出故障的根本原因，节省了维修时间。
(4) 故障报警和报表打印
当设备出现故障时，报警框中会出现提示，并伴随有声音报警。操作员可根据需要打印与生产相关的报表信息。
4 结束语
西门子S7300 CPU通过两条profibus-DP网络连接若干ET200S和ET200eco从站构成的集中分散式控制系统已经在该发动机装配线成功投运，能够保证生产线连续稳定地生产，尤其在机械动作灵敏度上有较大提高，满足了用户的要求

一． 电器故障：
所有故障均立接入PLC进行判断，并通过上位机显示。
1． 断路器故障；
2． 热继电器故障；
3． 绳弛开关动作（副臂LS17， LS20， 主臂LS18，）；
4． 主耙臂拉绳事故开关（LS12，LS13）；
5． 副耙臂拉绳事故开关（LS15，LS19）；
6． 主臂和副臂链条旋转控制器故障（Z1-1，Z1-2）
7． 耙料机在左右限位置（LS3，LS6）；
8． 耙料机行走跑偏；
在以上任一故障状态下，耙料机PLC控制系统将关断所有输出，并输出故障信号于控制台，上位机将显示报警原因；
二． 手动工作
1． 主臂和副臂链条
2． 主臂和副臂强行高速升降
3. 主臂和副臂强行低速升降
4．耙料机行走
5．主臂和副臂联动下降（选择本操作时主副臂不能上升，只能下降，下降时间由选择开关SS7确定）
三. 自动工作
在料堆耙平后即可进入自动工作,耙料机自动完成耙臂链条启动, 耙料机左行或右行,行走到位后的主副啪臂下降,再行走的工作循环;
四. 工控机通过无线通讯,远程监控记录耙料机的运行状态;操作耙料机的启停.

卸料小车
一．卸料小车：
卸料小车安装在散装库内，在耙料机的上方；
卸料小车工作区域分为A区和B区两个工作区；
卸料小车在“自动”工作方式时其工作区域受耙料机控制，卸料小车与耙料机工作在不同的区域内。
卸料小车在“手动”工作方式时，允许与耙料机在同一工作区域内工作，这需要人为进行换区控制。
二．卸料小车在“自动”工作方式下的操作：
1． 将PB1A置于“自动”位置；
2． 按PB2A或PB3A按钮，若卸料小车与耙料机在不同区域，则卸料小车将在该区域内工作，若卸料小车与耙料机在相同区域，则卸料小车自动行走至另一区域；
3． 卸料小车行走碰到本区域的区域限位开关后小车停止，然后自动反向行走，碰到另一端区域限位开关后，自动停止返回；这样卸料小车在工作区域内来回行走卸料。
4． 按PBX4A按钮，卸料机停止卸料。
三．卸料小车在“手动”工作方式下的操作：
1． 将PB1A置于“手动”位置；
2． 若卸料小车与耙料机在不同区域，按PB2A或PB3A按钮，则卸料小车将在该区域内工作；
3． 若希望卸料小车与耙料机在相同区域工作，长时间按PB2A和PB或PB3A和PB按钮，则卸料小车将行走至与耙料机在相同区域并在该区域内工作；
4． 卸料小车行走碰到本区域的区域限位开关后小车停止，然后自动反向行走，碰到另一端区域限位开关后，自动停止返回；这样卸料小车在工作区域内来回行走卸料。
5． 按PBX4A按钮，卸料机行走停止并卸料。
四．卸料小车现场操作箱操作：
1． 卸料机现场操作箱位于卸料小车行走平台的中部；
2． 卸料小车现场操作箱主要在卸料小车检修时使用，将PBX1B置于“手动”位置；
3． 若卸料小车与耙料机在不同区域，按PB2B或PB3B按钮，则卸料小车将在该区域内工作；
4． 若希望卸料小车与耙料机在相同区域工作，长时间按PB2B和PB5B或PB3B和PB5B按钮，则卸料小车将行走至与耙料机在相同区域并在该区域内工作；
5． 卸料小车行走碰到本区域的区域限位开关后小车停止，然后自动反向行走，碰到另一端区域限位开关后，自动停止返回；这样卸料小车在工作区域内来回行走卸料。
6． 按PBX4B按钮，卸料机行走停止并卸料。
操作人员离开现场操作箱时需要将PBX1B置于“自动”位置。

五. 工控机通过无线通讯,远程监控记录卸料小车的运行状态;操作卸料小车的启停.