济南西门子中国代理商通讯电缆供应商

济南西门子中国代理商通讯电缆供应商

（1） 来自空间的辐射干扰

空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布为复杂。若PLC 系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径；一是直接对PLC 内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC 通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC 局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。

（2） 来自系统外引线的干扰

主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。

（3）来自电源的干扰

实践证明，因电源引入的干扰造成PLC 控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后换隔离性能高的PLC 电源，问题才得到解决。

PLC 系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，

将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流转动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路到电源边。PLC 电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，隔离是不可能的。

（4 ） 来自信号线引入的干扰

与PLC 控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽略；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC 控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。

（5）来自接地系统混乱时的干扰

接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC 系统将无法正常工作。PLC 控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对 PLC 系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态加雷击时，地线电流将大。

此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC 内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC 工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC 的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

（6）来自PLC 系统内部的干扰

主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路

互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC 制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。

一、 基本指令系统特点

PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。如三菱公司的产品有它自己的编程语言，OMRON公司的产品也有它自己的语言。但不管什么型号的 PLC，其编程语言都具有以下特点：

1、图形式指令结构：程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。系统的软件已把工业控制中所需的立运算功能编制成象征图形，用户根据自己的需要把这些图形进行组合，并填入适当的参数。在逻辑运算部分，几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图，很容易接受。如西门子公司还采用控制系统流程图来表示，它沿用二进制逻辑元件图形符号来表达控制关系，很直观易懂。较复杂的算术运算、定时计数等，一般也参照梯形图或逻辑元件图给予表示，虽然象征性不如逻辑运算部分，也受用户欢迎

2、明确的变量常数：图形符相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填人，如：K400，T120等。PLC中的变量和常数以及其取值范围有明确规定，由

产品型号决定，可查阅产品目录手册。

3、简化的程序结构：PLC的程序结构通常很简单，典型的为块式结构，不同块完成不同的功能，使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。

4、简化应用软件生成过程：使用汇编语言和语言编写程序，要完成编辑、编译和连接三个过程，而使用编程语言，只需要编辑一个过程，其余由系统软件自动完成，整个编辑过程都在人机对话下进行的，不要求用户有高深的软件设计能力。

5、强化调试手段：无论是汇编程序，还是语言程序调试，都是令编辑人员的事，而PLC的程序调试提供了完备的条件，使用编程器，利用PLC和编程器上的按键、显示和内部编辑、调试、监控等，并在软件支持下，诊断和调试操作都很简单。

总之，PLC的编程语言是面向用户的，对使用者不要求具备高深的知识、不需要长时间的专门训练。

二、编程语言的形式

本教材采用常用的两种编程语言，一是梯形图，二是助记符语言表。采用梯形图编程，因为它直观易懂，但需要一台个人计算机及相应的编程软件；采用助记符形式便于实验，因为它只需要一台简易编程器，而不必用昂贵的图形编程器或计算机来编程。

虽然一些的PLC还具有与计算机兼容的C语言、BASIC语言、的语言（如西门子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP），还有用布尔逻辑语言、通用计算机兼容的汇编语言等。不管怎么样，各厂家的编程语言都只能适用于本厂的产品。

编程指令：指令是PLC被告知要做什么，以及怎样去做的代码或符号。从本质上讲，指令只是一些二进制代码，这点PLC与普通的计算机是相同的。同时PLC也有编译系统，它可以把一些文字符号或图形符号编译成机器码，所以用户看到的PLC指令一般不是机器码而是文字代码，或图形符号。常用的助记符语句用英文文字（可用多国文字）的缩写及数字代表各相应指令。常用的图形符号即梯形图，它类似于电气原理图是符号，易为电气工作人员所接受。

指令系统：一个PLC所具有的指令的全体称为该PLC的指令系统。它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着PLC的功能和性能。一般讲，功能强、性能好的PLC，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。我们在编程之前弄清PLC的指令系统

程序：PLC指令的有序集合，PLC运行它，可进行相应的工作，当然，这里的程序是指PLC的用户程序。用户程序一般由用户设计，PLC的厂家或代销商不提供。用语句表达的程序不大直观，可读性差，特别是较复杂的程序，难读，所以多数程序用梯形图表达。

梯形图：梯形图是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。它的连线有两种：一为母线，另一为内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载（LD）指令开始，必要时再继以若干个输入指令（含LD指令），以建立逻辑条件。后为输出类指令，实现输出控制，或为数据控制、流程控制、通讯处理、监控工作等指令，以进行相应的工作。母线是用来连接指令组的。

它有两组，组用以实现启动、停止控制。二组仅一个END指令，用以 结束程序。

梯形图与助记符的对应关系： 助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲，其顺序为：先输入，后输出（含其他处理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。上图的助记符程序为：

地址 指令 变量

0000 LD X000

0001 OR X010

0002 AND NOT X001

0003 OUT Y000

0004 END

反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图。

梯形图与电气原理图的关系：如果仅考虑逻辑控制，梯形图与电气原理图也可建立起一定的对应关系。如梯形图的输出（OUT）指令，对应于继电器的线圈，而输入指令（如LD，AND，OR）对应于接点，互锁指令（IL、ILC）可看成总开关，等等。这样，原有的继电控制逻辑，经转换即可变成梯形图，再进一步转换，即可变成语句表程序。

有了这个对应关系，用PLC程序代表继电逻辑是很容易的。这也是PLC技术对传统继电控制技术的继承。

1．前言

铝型材经过挤压成型之后，一般都需要经过表面工艺处理之后，才能作为成品使用。经过阳氧化电解着色表面处理工艺的铝型材，其表面将得到一层具有良好的性、耐晒性、耐热性、耐蚀性和色泽稳定持久的氧化膜，被广泛应用在建筑和室内外装饰行业上。

在铝型材阳氧化电解着色表面处理工艺中，有一道电解着色处理工序，是在铝型材表面阳氧化工序之后，电泳或封孔工序之前，对需要着色的铝型材进行的一道工序，其原理是在槽体溶液中通过电化学作用使铝型材表面附着某些金属离子，从而显示出某一类的颜色来。不同的槽体溶液配置及工艺方法，铝型材电解着出的色彩效果也不一样，对所要求的着色电源提供的电流或电压的大小、波形及工作时间长短也不同。

其中有一种由日本发明的着色方法称为均匀化着色方法，可在较短的时间里得到效果好、颜色均匀的着色氧化膜。这种着色方法由于生产，成品率高，已在日本广泛应用，目前在国内也正在逐步推广开来。

2．着色电源系统要求

配合均匀化着色方法的着色电源（简称均匀化着色电源）需按规定要求输出电流波形。均匀化着色电源的工作过程是：输出正向直流电流（称为P处理）一段时间，然后输出频率为1～30Hz范围内特定值，正负方波占宽比为0.005～0.30内特定值的脉冲电流（称为C处理）一段时间，接着再进行一次C处理（称为C2处理）一段时间。在工厂生产中，C处理常用的频率为5Hz，正负方波占宽比为1:9，C2处理根据工艺的要求来选择可有可无。

均匀化着色电源的主要功能要求如下：

（1）输入电压及范围：三相、频率50Hz、380V±20%；

（2）额定输出电压：±30V～±80V；

（3）额定输出电流：1000A～4000A；

（4）小输出电流：额定输出电流的10%；

（5）输出电流精度：±3%以下；

（6）输出电流纹波：7%以下（在额定电流的30%～**内）；

（7）入槽静泡时间：可在10～3000s内设定；

（8）P处理时间：可在0～3000s内设定；

（9）P处理与C处理间隔时间：可在10～3000s内设定；

（10）C处理时间：可在0～3000s内设定；

（11）C处理时脉冲周期：200ms（可根据要求在20ms～300ms范围内修改）；

（12）C处理时正脉冲宽度：20ms（可根据要求在10ms～100ms范围内修改）；

（13）能满足二次C处理的要求；

（14）能满足补色（即再进行C处理）的要求；

（15）有必要的保护措施。

3．着色电源系统组成及工作原理简介

为实现上述的输出波形及满足工艺要求，均匀化着色电源主要由主回路和控制部分组成。

3．1主回路

主回路包括进线断路器，整流变压器TM，三相全控整流桥A组、B组，电抗器，逆变部分等。整流变压器TM付边采用双绕组的形式，一组Y接法，连到一整流桥A组，另一组Δ接法，连到另一整流桥B组。整流桥各自整流后经电抗器滤波，再逆变，然后并联输出。

其中一组逆变部分的主电路图，如图所示，当主臂晶闸管V1、V4导通时，电流经电抗器L、主臂晶闸管V1，流向负载，然后从主臂晶闸管V4流回，此时负载承受的是正向电压、电流，当要使负载承受反向电压、电流时，应关掉主臂晶闸管V1、V4的控制脉冲，然后控制辅助晶闸管V11、V14导通，使电容C1、C2放电再反向充电，强迫关断主臂晶闸管V1、V4，接着关掉辅助晶闸管V11、V14的控制脉冲，再控制主臂晶闸管V2、V3导通，这时电流经电抗器L、主臂晶闸管V2，流向负载，然后从主臂晶闸管V3流回，此时负载承受的就是反向电压、电流。要使负载从承受反向电压、电流转换到承受正向电压、电流，其原理一样，先关掉主臂晶闸管V2、V3的控制脉冲，然后控制辅助晶闸管V12、V13导通，使电容C1、C2放电再反向充电，强迫关断主臂晶闸管V2、V3，接着关掉辅助晶闸管V12、V13控制脉冲，再控制主臂晶闸管V1、V4导通，就完成了负载从承受反向电压、电流到承受正向电压、电流的转换。主臂晶闸管和辅助晶闸管的导通是通过PLC发出的逆变脉冲来控制的，由于负载承受正向电压、电流向反向电压、电流转换，或由反向转换到正向，都是在短的时间内完成（一般只有几百个微秒），因此PLC的选型和编程设计将直接关系到整个逆变部分的正常工作和输出波形的准确性。

3．2控制部分

控制部分包括A组、B组整流调节单元，逆变脉冲触发单元，信号接口电路，可编程逻辑控制器PLC和触摸屏等。

A组、B组整流调节单元主要功能是按照PLC发出的给定信号来调节三相全控整流桥输出的电流，其内部包括PI调节电路、移相触发电路、功放电路等。

逆变脉冲触发单元主要是接收PLC的逆变脉冲，对逆变脉冲再进行调制、功放后控制逆变部分的主臂晶闸管和辅助晶闸管准确的导通，从而实现P处理和C处理的波形输出。

信号接口电路主要功能是对各种信号进行整理变换，以满足各个单元对信号的需求。

可编程逻辑控制器PLC选用西门子的S7-200 CPU226 DC/DC/DC 和一模拟量扩展模块EM235组成。PLC作为本电源系统的控制器件，主要完成下列功能：

（1）开、停机控制；

（2）运行流程控制；

（3）逆变部分晶闸管的导通控制；

（4）整流给定控制；

（5）电源装置状态量的采集；

（6）模拟量采集；

（7）设置、显示参数的计算；

（8）与触摸屏通讯。

触摸屏采用Hakko的MONITOUCH V708C型彩色触摸屏，与PLC之间进行点对点（PPI）通讯。触摸屏主要实现如下功能：

（1）表计功能指示；

（2）装置的启动、停止操作；

（3）增、减操作；

（4）进线断路器的分、合操作；

（5）电流调节设置；

（6）着色档选择；

（7）生产工艺过程选择；

（8）P处理时间、间隔时间、C处理时间设置；

（9）装置状态显示；

（10）装置故障闪烁报警。

4．软件编程

软件主要由触摸屏程序和PLC程序组成。

触摸屏共编辑了25个画面，包括1个主显示操作画面、16个着色档参数设置画面、1个补色参数设置画面、2个着色数据查询画面、1个PLC内部数据查询画面、1个时钟调整画面和2个欢迎画面、1个帮助画面。当电源装置出现故障时，触摸屏还会自动弹出故障小画面，并以红色闪烁报警，引起运行人员的注意。触摸屏的画面不仅完成了上述的功能，而且良好的中文界面非常方便用户操作使用。

着色电源的操作执行、控制、设置参数的计算等都是通过PLC的程序来实现完成的，PLC的程序设计是着色电源控制性能的关键。

为了便于查找、修改和调试程序，以及缩短CPU的扫描周期，均匀化着色电源设计的PLC程序除主程序外，还有10个子程序和4个中断程序，PLC的程序方框图见图4、图5、图6所示。如图中所示，主程序主要完成采样、操作、故障处理、判断开停机等内容；子程序0主要完成运行时的工作流程控制；子程序1主要完成在静泡时间内的控制操作；子程序2主要完成P处理时间内的控制操作；子程序3主要完成在间隔时间内的控制操作；子程序4主要完成C处理时间内的控制操作；子程序5主要完成着色完成后的处理工作；子程序6是在P处理和C处理起动前对逆变脉冲的控制；子程序7是停机时对逆变脉冲的控制；子程序8主要完成停机时着色参数的输入和计算等内容；子程序9主要完成补色参数的输入和计算等内容。中断程序主要是完成C处理时对逆变脉冲的控制，其中逆变脉冲的立即开通和立即关断时间间隔是采用语句延时来实现的。

5．实测波形

一台输出能力为±55V，3000A的均匀化着色电源在试验室的电阻性负载下输出的电流、电压的波形全过程。图中P处理时间是3s，输出电流是750 A，电压30V；间隔时间是10s；C处理时间是5s，输出电流是1000 A，电压±40V，正向脉冲宽度为20ms，周期为200 ms，与设置值符合。

同台均匀化着色电源在现场输出3000A，±30V，正向脉冲宽度为20ms，周期为200 ms的C处理电压电流波形。图12是在现场输出2000A，±20V，正向脉冲宽度为20ms，周期为200 ms的C处理电压电流波形。

6．结论

均匀化着色电源是为了取代进口，降，按照生产工艺要求国内的一种大功率电源产品。从设计之初，选用西门子的小型PLC S7-200来进行小于毫秒级的逆变换流控制，曾是一种大胆的设想，如今通过实践证明是可行的。在现场，均匀化着色电源满足生产工艺的要求，铝材着出的颜色效果与国外进口设备一致，并且均匀化着色电源选用西门子的S7-200 PLC作为控制器件，运行稳定，控制精度高，加之采用触摸屏显示中文界面，操作加方便简单，受到了用户的欢迎。

一、引言

在水源地内，多眼井星罗棋布在水库上。为了确保供水生产的、、连续。针对水厂制水过程的特点和控制系统的功能要求，我们采用基于西门子PLC的恒压力供水系统。

二、编程控制器概述

PLC即可编程控制器，是一种以计算机技术为基础的新型工业控制装置。电工(IEC)对PLC曾作了如下定义：“PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC及其有关设备，都应该按易于与工业控制系统形成一个整体。易于扩充其功能的原则设计。”这段话道出TPLC的特点和应用领域。其主要有以下特点：

1.性高。为了满足工业生产对控制设备性的要求，PLC采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成。

2.环境适应性强。PLC具有良好的环境适应性，可应用于十分恶劣的工业现场。在电源瞬间断电的情况下，仍可正常工作，具有很好的抗宅间电磁干扰的能力，它一般对环境温度要求也不高。在环境温度-20至65度、相对湿度为35%至85%情况下仍可正常工作。

3.灵活通用。在完成一个控制任务时，PLC具有很高的灵活性。，PLC产品L三经系列化，结构形式多种多样，在机型上又很大的选择余地。其次同一机型的PLC其硬件构成具有很大的灵活性，用户可以根据不同任务的要求，选择不同类型的输入输出模块或特殊功能模块组成不同硬件结构的控制装置。

4.使用方便、维护简单。PLC控制的输入输出模块。特殊功能模块都具有即插即卸功能，连接十分容易。对于逻辑信号，输入输出均采用开关方式，不需要进行电平转换和驱动放大;对于模拟信号，输入输出均采用传感器仪表和驱动设备的标准信号。各个输入和输出模块与外部设备的连接十分简单。整个连接过程仅需要一把螺钉旋具即可完成。

三、变频恒压供水系统控翻方案的设计与选择

变频恒压供水系统主要有压力传感器、压力变送器、变频器、恒压控制单元、水泵机组以及低压电器组成。系统主要的设计任务是利用恒压控制单元馒变频器控制一台水泵或循环控制多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软起动以及变频水泵与J：频水泵的切换，同时还要能对运行数据进行传输。根据系统的设计任务要求，结合系统的使用场所，有以下方案可供选择：

1.有供水的变频器+水泵机组+压力传感器。这种控制系统结构简单，它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器供水基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能。它虽然简化了电路结构.降低了设备成本，但对压力设定和压力反馈值的显示比较麻烦，无法自动实现不同时段的不同恒压要求，在调试时，PID调节参数的系统优化比较困难。调节范围小，系统的稳态，动态性能不易保。其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，数据通信困难，并且限制了带负载的容量，因此仅适用于要求不高的小容量场合。

2.通用变频器+单片机(包括变频控制、调节器控制)+人机界面+压力传感器。这种方式控制精度高、控制算法灵活、参数调整方便，具有较高的性能价格比，但开发周期长，程序一旦固化，修改较为麻烦，因此现场调试的灵活性差，同时变频器在运行时，将产生干扰。变频器的功率越大，产生的干扰越大，所以采取相应的抗干扰措施来保证系统的性。该系统适用F某一特定领域的小容量的变频恒压供水。

3.通用变频器+PLC(包括变频控制、调节器控制)+组态软件十压力传感器。这种控制方式灵活方便，具有良好的通信接口，町以方便地与其他的系统进行数据交换：通用性强，由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同的控制系统。在硬件设计上，只需确定PLC的硬件配置和UO的外部接线，当控制要求发生改变时，可以方便地通过Pc机来改变存储器中的控制程序，所以现场调试方便。通过对以上这几种方案的比较和分析，可以看出“变频器主电路++PLC(包括变频控制、调节器控制)十组态软件十压力传感器”的控制方式适合于本系统。这种控制方案既有扩展功能灵活方便、便于的优点，又能达到系统稳定性及控制精度的要求。

四、变颏恒压供水控制器性能特点

1.节能。优化的节能控制软件，使水泵实现大限度地节能运行。由电机学公式可知。系统电机功耗与电机转速成立方关系，在压力不变时。水泵出水量与电机转速成上E比。本设备采用恒压量：r作方式。当用水量减小时，系统保持管嗍恒压，通过降低水泵转速来减少供水量，耗电量按立方特性降低。根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象。

2.设备投资省、占地面积小。本系统与其它供水方式比较，由于主要设备只是控制柜及水泵，省去了大量的设备占地面积，从而大幅度节省了上建投资，而且就设备本身而言，供水量越大，采用变频恒压供水设备的价格优势就越显著。

3.设备运行合理、性高、配置灵活。采用闭环调节控制技术，达到了恒压供水，避免了由于压供水造成的电能浪费。变频器采用软起动工作方式，了直接起动对电网的冲击和干扰，避免了水泵启动时大电流和水压突增的情况，减少对供电电网的冲击，降低了电机及电气元件的故障率。

4.联网功能。采用全中文工控组态软件一Kingview，实时监控各个站点，如电机的电压、电流、工作频率、管网压力及流量等。并且能够累积每个站点的用电量，累积每台泵的出水量，同时提供各种形式的打印报表，以便分析统计。

5.减少污染。由于变频恒压调速宜接从水源供水，减少了原有供水方式的二次污染，防止了很多传染疾病的传染。

五、恒压供水设备的应用场合

1.居民区、住宅楼、村镇的集中生活供水系统;

2.高层建筑、宾馆、饭店等生活供水系统;

3.综合市场、写字楼、商务楼宇的生活供水系统：

4.自来水厂、供水加压泵站;

5.工矿企业的生产、生活供水、恒压流量供水工艺流程等。

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。