苏州西门子PLC模块变频器供应商

苏州西门子PLC模块变频器供应商

引言
    随着电子产业数字化程度的不断发展，逐渐形成了以数字系统为主体的格局。A/D和D/A转换器作为模拟和数字电路的接口，正受到日益广泛的关注。随着数字技术的飞速发展，人们对A/D和D/A转换器的要求也越来越高，新型模拟/数字和数字/模拟之间的转换技术不断涌现。通过这些转换人们可以运用各种控制器进行远程监控，如控制某个空间的温度、湿度，控制液体的液位和流量，控制物体的位移、速度及压力等。在实际工作环境中，各种传感器、PLC的AO模块或DCS系统输出的模拟量电流或电压信号很弱（很多是mV或mA级），而且普遍带负载能力低。直接用来监控远程的执行设备，往往会因为长距离的传输造成信号的衰减、失真，有时还会因其它外界信号干扰而造成信号出错，影响整个系统的正常运行。

    因此，要保证监控系统的性，需要将系统中的多种传感器、多路PLC、DCS等输出的模拟信号进行隔离、放大、转换。有些场合还需要通过各种通讯载体进行远程无失真传输。 ISO 4021(A/D转换)可以将传感器输出的模拟信号转换成数字信号，用RS232/485通讯将信号进行远程传输或采用GPRS、GMS进行无线数传，然后用远程模拟信号输出模块ISO DAO(D/A转换)将数字信号转换成模拟信号，用还原的模拟信号进行远程监测和控制。这些技术在SA数据采集、FCS远程监控中得到了越来越多的应用。

一、信号A/D(模拟转数字)转换及远程传输技术
ISO 4021信号A/D(模拟转数字)转换器可实现传感器和主机之间的信号采集，用以检测模拟信号或控制远程设备。通过软件的配置，可用于多种传感器类型，包括：模拟信号输入，模拟信号输出，和数字信号输入/输出（I/O）。广泛用在 RS-232/485总线工业自动化控制系统，4-20mA / 0-5V信号测量、监视和控制，小信号的测量以及工业现场信号隔离及长线传输等等。

ISO 4021信号A/D(模拟转数字)转换器包括电源隔离，信号隔离、线性化，A/D转换和RS-485串行通信。每个串口多可接256只 ISO 4021系列模块，通讯方式采用ASCII码通讯协议或MODBUS RTU通讯协议，其指令集兼容于ADAM模块，波特率可由代码设置，能与其他厂家的控制模块挂在同一RS-485总线上，便于计算机编程。

ISO 4021信号A/D(模拟转数字)转换器是基于单片机的智能监测和控制系统，所有的用户设定的校准值，地址，波特率，数据格式，校验和状态等配置信息都储存在非易失性存储器EEPROM里。ISO 4021系列产品按工业标准设计、制造，信号输入 / 输出之间隔离，可承受3000VDC隔离电压，抗干扰能力强，性高。工作温度范围- 45℃～+85℃。

ISO 4021模拟转数字 (A/D)转换器功能简介：
ISO 4021信号A/D(模拟转数字)转换器框图，如图1所示。

ISO 4021 信号隔离采集模块，可以用来测量一路电压或电流信号，也可以用来测量两路可以共地且不会互相干扰的电流或电压信号。

1、模拟信号输入
24位采集精度，产品出厂前所有信号输入范围已全部校准。在使用时，用户也可以很方便的自行编程校准。具体电流或电压输入量程请看产品选型，测量两路信号时两路输入选型相同。

2、通讯协议
通讯接口： 1路标准的RS-485通讯接口或1路标准的RS-232通讯接口，订货选型时注明。
通讯协议：支持两种协议，命令集定义的字符协议和MODBUS　RTU通讯协议。可通过编程设定使用那种通讯协议，能实现与多种的PLC、RTU或计算机监控系统进行网络通讯。
数据格式：10位。1位起始位，8位数据位，1位停止位。
通讯地址（0～255）和波特率（300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400bps）均可设定；通讯网络长距离可达1200米，通过双绞屏蔽电缆连接。
通讯接口高抗干扰设计，±15KV ESD保护，通信响应时间小于100mS。

3、抗干扰
可根据需要设置校验和。模块内部有瞬态抑制二管，可以有效抑制各种浪涌脉冲，保护模块，内部的数字滤波，也可以很好的抑制来自电网的工频干扰。

结束语
工业现场信号远程传输过程中，由于干扰源比较多，处理不当往往会影响正常的生产制造，造成不必要的损失，一些新的方案可以有效地提高现场控制的性能。先用ISO 4021将模拟信号转成数字信号，再用RS-485的数字信号进行远程传输，然后用远程模拟信号输出模块ISO DAO还原模拟信号输出，在工业现场中可以有效抑制干扰，使用方便，得到了越来越多的应用。

工业烤箱由角钢、薄钢板构成，另外箱体加强，外表面复漆，外壳与内胆之间用硅酸铝纤维充填，形成的保温层。工业烤箱采用电热丝加热，外加温控器控制烤箱内的温度。外部输入0-5VDC模拟电压信号到温控器，温控器根据输入的信号来控制工业烤箱的温度。由于工业烤箱距离控制的PLC有500多米，直接用PLC的AO模块输出0-5VDC传输到温控器后，信号出现了比较大的衰减，影响控制的精度，所以采用ISODA O4-485模块来实现信号的数字化远传。将ISODA O4-485模块安装在温控器附近，ISODA O4-485模块的模拟量输出接口连接到温控器的0-5VDC输入端，PLC的RS-485接口通过屏蔽电缆来连接到ISODA O4-485模块的RS-485接口。

PLC和ISODA O4-485模块的通讯采用MODBUS RTU通讯协议。ISODA O4-485模块出厂的设置是：通讯协议指令集规定的ASCII协议，通讯的地址为01，波特率为9600bps。通讯的波特率和地址不用修改，通讯协议要修改为MODBUS RTU通讯协议，可以按照以下步骤，设置模块为MODBUS RTU通讯协议。1，将CONFIG引脚（8脚）和GND引脚（7脚）短接。2，正确连接电源线和通讯接口线。3，接通电源，模块自动进入缺省状态，通讯地址为00，波特率为9600。4，等待1分钟，模块初始化。5，发送命令$00P1(cr)，检查应答，如果为!00 (cr)则设置成功。6，关闭电源，断开CONFIG引脚和GND引脚之间的连接。完成以上步骤后，模块已经成功设置为Modbus RTU通讯协议方式，直接接入PLC即可。

ISODA O4-485模块寄存器40001的数据为通道0的当前输出值，寄存器40002的数据为通道1的当前输出值。以寄存器的40001为例，其值为16进制数0x0FFF时，ISODA O4-485模块通道0输出5VDC的电压信号，其值为16进制数0x07FF时，ISODA O4-485模块通道0输出2.5VDC的电压信号，其值为16进制数0x0000时，ISODA O4-485模块通道0输出0VDC的电压信号。PLC通过改变ISODA O4-485模块寄存器内数据大小来达到改变模拟信号输出的目的。

ISO DAO信号转换器在远程控制工业烤箱上的应用框图，如图3所示。

图3　ISO DAO模块在远程控制工业烤箱上的应用框图

结束语
工业现场信号远程传输过程中，由于干扰源比较多，处理不当往往会影响正常的生产制造，造成不必要的损失，一些新的方案可以有效地提高现场控制的性能。先用ISO 4021将模拟信号转成数字信号，再用RS-485的数字信号进行远程传输，然后用远程模拟信号输出模块ISO DAO还原模拟信号输出，在工业现场中可以有效抑制干扰，使用方便，得到了越来越多的应用。

ISO DAO 信号隔离D/A转换模块，可以用来输出一路电压或电流信号，也可以用来输出两路可以共地的电流或电压信号。

1、模拟信号输出和工作电源
12位输出精度，产品出厂前所有信号输出范围已全部校准。在使用时，用户也可以很方便的自行编程校准，因此在现场的应用加灵活。信号输出温度漂移：±20 ppm/℃ (±30 ppm/℃, 大)。工作电源，+8 ~ 50VDC宽供电范围，内部有防反接和过压保护电路。功率消耗：小于1.5W。隔离耐压：通讯接口 / 输出　之间：3KVDC，1分钟，漏电流 1mA，其中通讯接口和电源共地。


2、通讯协议
通讯接口： 1路标准的RS-485通讯接口或1路标准的RS-232通讯接口。
通讯协议：支持两种协议，命令集定义的字符协议和MODBUS　RTU通讯协议。可通过编程设定使用那种通讯协议，能实现与多种的PLC、RTU或计算机监控系统进行网络通讯。由于支持通用的MODBUS RTU协议，所以能够在工控领域得到广泛应用。
数据格式：10位。1位起始位，8位数据位，1位停止位。
通讯地址（0～255）和波特率（300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400bps）均可设定；通讯网络长距离可达1200米，通过双绞屏蔽电缆连接。
通讯接口高抗干扰设计，±15KV ESD保护，通信响应时间小于100mS。

3、抗干扰
可根据需要设置校验和。模块内部有瞬态抑制二管，可以有效抑制各种浪涌脉冲，保护模块，内部的数字滤波，也可以很好的抑制来自电网的工频干扰。

结束语
工业现场信号远程传输过程中，由于干扰源比较多，处理不当往往会影响正常的生产制造，造成不必要的损失，一些新的方案可以有效地提高现场控制的性能。先用ISO 4021将模拟信号转成数字信号，再用RS-485的数字信号进行远程传输，然后用远程模拟信号输出模块ISO DAO还原模拟信号输出，在工业现场中可以有效抑制干扰，使用方便，得到了越来越多的应用。

一、  前言

       带钢热连轧计算机控制系统无论是系统规模，还是控制复杂性，都在冶金控制领域中。由于轧线设备大多使用液压传动，对于液压控制系统，其控制周期要求在2～3ms以内。另外多个控制功能集中于一个机组上，如精轧辊缝控制（AGC）、板型控制（ASC）、液压活套控制（LPC）等，从而造成控制功能间耦合强，各控制功能间要求数据交换的周期在1 ms以内。因此在设计系统时很好的解决两个“高速”的要求，即“高速控制”和“高速通讯”。

      由于“高速控制”和“高速通讯”这两个“高速”要求，长期以来世界上仅有几家大型电气公司，如德国的西门子公司，日本、三菱，美国GE公司等，具有成套提供适用于热连轧这一类快程控制系统的能力。而国外公司往往对这类计算机控制系统的硬件，尤其是应用软件，控制比较严格，给国内用户生产运行和维护带来很多“麻烦”。

      莱芜钢铁公司于2005年7月投产的1500mm热连轧生产线是一条传统的半连轧生产线，设备的基本组成如下：2座步进式加热炉，一架四辊粗轧机，无芯卷取热卷箱，6架长行程液压压下精轧机，层流冷却，2台地下卷取机。年产量200万吨钢卷，厚度规格1.2mm～20mm。

      这条生产线是由国内自主设计、生产和开发的宽带钢生产线，北京科技大学轧制国家工程研究为三电系统技术总负责单位，并承担了L1级和L2级控制系统的设计编程和调试工作。L1级基础自动化系统使用了多套S7-400PLC和Simatic TDC控制器，完成炉区、粗轧机、热卷箱、精轧机、液压活套、层流冷却、卷取机、运输机等设备的位置、压力、速度、张力等控制功能。这也是国内条成功应用在热连轧生产线上的、由国人立研发、集成和调试的采用西门子的Simatic TDC控制器作为工艺控制器的计算机控制系统。图1为正在生产中的精轧机组的照片。

二、  控制系统构成

     在设计莱芜钢铁公司1500热连轧自动化控制系统时充分考虑到热连轧生产工艺特点以及计算机控制系统硬件软件发展趋势，做到了、、简洁和实用。该控制系统分成以下三级：L2级过程控制级负责全线过程控制、过程日志、过程监视、各区域模型优化控制等任务；L1级基础自动化级完成轧线顺序控制、逻辑控制和各个设备控制；L0级传动控制级完成交直流电动机的控制。系统结构如图2所示。

      L2级过程自动化级由3台PC服务器担任过程控制计算机，完成模型设定和计算以及自学习功能。L2的人机界面（HMI）操作员站与L1级合在一起。过程控制计算机留有与L3级生产控制级的接口，同时在没有L3级的情况下L2级还要完成生产管理级的部分功能。L1级计算机控制系统由多套西门子TDC多CPU结构控制器和S7-400 PLC控制器组成。控制系统中采用了工业以太网、DP网和GDM网等多种网络通讯系统。工业以太网采用交换机技术，通讯速率达到100M，且可以实现全双工通讯。由于充分考虑了热连轧生产中信息流和数据流的特点，以太网网络拓扑结构采用分段和分层设计，以实现数据和信息的快慢分离、区域分流，有效减少了数据的拥堵。Profibus-DP网是一种应用为广泛的现场总线网络系统，它使用双绞屏蔽电缆，通讯速率可达12M，还可通过中继器大大扩展通讯距离和连接的工作站点数。本系统中大量采用了Profibus-DP现场总线以连接操作台、远程I/O、主、辅传动控制器等子系统，大大减少硬线数量，有效提高了系统的简洁性。

      全局数据内存GDM网是一种高速通讯网络，它主要应用于西门子的SIMATIC TDC控制器系统中，具有下述特点：采用星型拓扑结构；通讯速率可达640Mbps；具有2M字节共享内存；分站点与站点间通过光纤建立连接，远距离为200米；一个GDM网络多可以支持44个站点，可以实现多达836个CPU模板之间的数据通讯；具备故障状态监测功能。可以看出能够满足热连轧系统对“高速通讯”的要求。精轧区和卷取区域内的TDC控制器全部接入高速光纤内存网，用于传递对控制任务实时性要求很高的控制数据。

      另外，轧线上各个操作室内设置多台HMI人机界面站，用于操作员监控生产过程。HMI系统使用WINCC v6.0开发，采用客户机-服务器模式，通过以太网与L2级计算机和L1级控制器进行通讯。

三、  控制系统功能和特点

       本轧线L2过程控制级的内容在于各种轧钢数学模型包括：粗轧模型、精轧模型、板形模型、模型和自学习模型等。主要功能包括：板坯初始数据及轧制计划管理、加热炉数据跟踪、轧制节奏计算、设定计算、模拟轧钢和轧辊数据及生产数据管理和历史数据管理，还可以生成班报、日报、工程记录和生产(包含质量分类) 等各种类型的报表。

       中间件（Middle Ware）是过程控制系统的支撑软件，是L2级应用软件的开发平台和运行环境。其主要作用是屏蔽硬件平台和操作系统的差异性以及底层操作系统的复杂性，使应用程序开发人员面对一个简单而统一的开发环境，降低过程自动化应用软件开发和维护的复杂性。主要功能模块包括：实时数据文件管理(RDFM)、进程间通讯管理(IPC)、外部通讯管理(HubWare)、日志报警管理(Logger)、数据库连接管理(DBbbbber)、HMI变量管理(TagCenter)和进程管理(TaskWatch)等，具体系统构架如图3所示：

      L1基础自动化级主要功能包括：微张力控制、可逆轧制控制、热卷箱控制、飞剪控制、精轧速度控制、液压活套高度及张力控制、液压HA制、精轧液压HAGC控制、板型控制ASC、终轧温度控制、卷取温度控制（）、卷取速度张力控制、液压助卷辊自动踏步控制（AJC）等。众所周知，热连轧系统的复杂性和高速性主要体现在精轧区和卷取区的控制上。仅精轧区六个机架就集中了六十多个高速闭环控制回路，而且还有大量的解耦计算，同时还要实现前馈、反馈和各种补偿控制算法。这都需要功能强大的处理器的支持。而西门子TDC控制器正好可以满足这种需求。

      TDC的CPU采用64位RISC技术设计，可严格保证100微秒的短采样周期，运算功能其强大，其PI调节器的计算时间大约为1～3微秒，可以满足热连轧“高速控制”的要求。同时TDC的CPU具有5个循环时钟周期，可以根据控制任务性质的不同将它们分配在不同的循环周期内。对于快速回路如HAPC、HAJC等控制功能放在T1周期内，对于HAGC等控制策略和各种补偿及解耦计算可以放在T2和T3周期内，而对通讯接口的处理可以放在T4周期内。如此一来不仅保证了对精轧液压压下、卷取机助卷辊液压缸部件2～4ms的快速闭环控制，还有效的减轻了CPU的负荷率。分布式TDC控制系统站点间通过GDM交换数据，与区域其它控制器和画面系统使用快速以太网通讯，与远程I/O和传动通过DP网通讯。编程人员通过MPI网或DUST1协议对分布式系统中各个TDC的程序进行调试和维护。这样的设计了很好的控制效果。图4为现场实测控制效果曲线，可以看出3mm的带钢厚度偏差在30μm内的达到96.53％。

三、系统的性能和特点

1、工艺流程

废旧轮胎是由石油产物或生胶、纤维帘线、钢丝帘线、炭黑和其他配合剂，混炼、压延而成。它在催化剂（MHC-6）作用下，加热常压催化裂解为混合型燃料油，此混合油为橡胶。橡胶经脱色除味，再经分馏处理，得汽油、柴油馏分，再加入适当的调整剂，调合出符合的汽油、柴油和燃料油。其工艺流程为：废旧轮胎整理去杂→入炉加热，加入催化剂→催化裂解反应→冷却成油（橡胶）→洗处理→加热精馏，冷凝→成品油馏分（汽油、柴油、燃料油）→调合→成品油（汽油、柴油、燃料油）汽油质量达到GB17930-1999车用无铅汽油标准；柴油质量达到GB252-2000轻柴油标准；燃料油质量达到SH/T0356-1996燃料油标准。

裂解后釜内残渣即粗炭黑，可精制成成品炭黑，其生产流程为：
粗炭黑→筛选→磁选→水选→干燥→气流涡旋粉碎→风旋沉降分级→脉冲除尘→活化还原→炭分子螯合成型→成品炭黑（N330、N660）炭黑质量达到GB3778-94橡胶用炭黑标准。

2、力控组态软件在本工程中的几个应用

辽宁杜尔科技环保有限公司是家外资企业，有着的技术实力和的研究成果。公司在辽宁做的工程项目，要求在美国总部可以通过IE浏览。

（1）、网络发布功能

北京三维力控forcecontorl6.0提供在Internet/Intranet上通过IE浏览器以“瘦”客户端方式监控工业现场的解决方案；服务器使用固定ip，发布的画面都可以浏览。

WWW服务器端与客户端画面的数据高度同步，浏览器上看到的画面图形与组态软件生成的过程画面效果相同。并且可以在服务器端设置IE浏览的客户端的可操作性，可以设置成可控性也可以设置成只可浏览不可控型，这样确保了整个工程性。

（2）、的报表功能

报表开发工具提供丰富的报表操作函数集，支持复杂脚本控制，包括脚本调用和事件脚本，比如：利用报表函数可以在报表上同时显示实时数据和任意时刻的历史数据，并加以统计处理，例如取行平均、列平均，统计出大值和小值。

力控6.0中的报表，通过向导，方便、快速的生成日报、月报等功能，并且可以自动或手动保存成Excel、PDF、Txt等格式的文件。

报表开放其方法和属性，利用力控的多彩脚本编辑器，方便的对报表进行如：时间历史查询、打印、导入导出等各项功能。

（3）、曲线模板功能

力控不但提供方便快捷的报表功能，在实时/历史趋势曲线上，提供了两个曲线的模板，我们只需要把采集的变量添加进去，就可以使用其中已经编辑好的各种功能，如：历史查询、曲线缩放、隐藏显示、属性设置等各种功能。

摘要：近年来，变频调速控制技术的发展十分，人们越来越多的认识到使用变频调速的优越性,大有一统电控传动系统的势头，加拿大产的Acmaster-H7系列四象限变频调速控制系统主要采用变频调速技术和可编程控制技术，真正实现了变频器在位势能负载上应用的作用,并达到软起、软停和将再生电能回馈电网的目的。可取代传统的起重机调速系统，使设备运转平稳，，适用于新设备的制造和既有设备改造。

二、概述

起重机变频调速电控系统与主令控制器，重量测控仪、制动器、限位开关等配合适用，用于要求高调速性能的交流起重机起升和平移机构或其它物料搬运系统。

本变频调速系统可工作于50Hz电网，供电电压位380V范围内，大可控制200KW交流异步电动机制动和可逆运转与调速。

本系列变频器，调速性能优越，保护功能齐全，为起重、搬运行业提供了理想、的新一代调速产品，产品符合、国内标准的规定与要求。

三、工作原理

由异步电动机的转速公式-----可知，异步电动机的调速方法可分为改变转差率S，改变对数P和改变电动机供电频率f1三种。

变频调速就是通过改变电动机定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。要使异步电动机的供电频率可变，就有一套变频电源。变频调速设备就是将恒压、恒频电源转换为变压、变频的电源装置。变频器的控制方式，分为开环和闭环控制两种形式，用户可任意选择。

四、系统构成

本变频调速电控设备其部件由Acmaster-H7四象限变频器和可编程及可选件电源进线开关、线路接触器、辅助开关、辅助继电器等组成。

起重机变频调速系统由主令控制器或电位器做为输入给定，通过变频器调频调速、荷重测控仪、限位开关、制动器等配合使用，来控制起重机和其它物料搬运系统中的起升和平移机构，由变频器控制异步电动机运转，实现起动、停止、制动、可逆运转与调速运行。

主要技术参数

电源频率：50Hz±5%

主回路额定输入电压：380V±10%

额定输出电流：大2×450A

控制电动机容量：大2×200KW

控制回路电压：AC220V／AC380V

频率范围：0.01～400Hz

频率精度：模拟输出±0.1%(25±10℃),数字式指令: ±0.01%±0.1%(25±10℃),

起动频率：0.5～60Hz

调速范围：起升机构：大达1：50；平移机构：大达1：30

调速静差率：＜3%

调速精度：起升机构±0.5%～±0.01%；平移机构±3%～±0.03%

起动力矩：150%Mn/0.5Hz

五、性能特点

控制系统采用H7四象限变频器和可编程控制技术，具有控制精度高、运行稳定、制动效果好、节能率高等特点。对传统的门、适合于桥式起重机所有电力拖动系统的控制柜配套和技术改造，使门、桥式起重机实现平稳操作，提高运行效率，善负荷作业，起制动冲击，减少电气维护，降低电能消耗，提高功率因数延长使用寿命等均可良好实效。同时该系统还具有过电流、过电压、欠电压和输入缺相保护，以及变频器温、载、速、回馈制动单元过热、故障保护、电动机故障保护等，具有如下显著特点：

1、调速范围宽，可实现多种速度选择；

2、软启动、软停止的功能降低了机械传动冲击，可明显改善钢结构的承载性能，延长了起重机的使用寿命；

3、高集成度组件及高性低压电器，有效解决原电气系统接线复杂问题，不仅降低了系统故障率，而且易维护；

4、电动机在零速时，能全力矩输出，即使制动器松动或失灵时，也不会出现重物下滑，确保系统；

5、具有快速的动态响应，不会出现溜钩并真正实现“零速交叉”功能；

6、负荷重量测控仪并配以相应软件，起升速度可随负荷重量变化自切换，实现“轻载快速，重载慢速”的作业要求；

7、系统所用变频器，具有自动节能操作模式，能较大提高系统的功率因数和整机工作效率，再生电能自动回馈电网，节能效果显著，平均节电率可达20%以上；

8、具有全中文面板监控系统，通过面板进行系统故障自检和处理功能，方便技术人员和操作人员的维护与现场监控，并大幅度减少维修时间及费用；

9、采用变频调速系统后，可杜绝操作人员违章操作；

10、具有多重接口，能方便实现远距离和电子网络控制及监测。

六、使用效果

起重机变频调速控制系统经过国内多家行业的应用，具有：

1、起升机构低速时起动力矩大，工作电流稳定，电动机温度正常，起升及大小车运行机构工作平稳，无冲击，系统故障诊断功能完善；

2、起升、运行制动器在低速时方抱闸，因而可大大延长制动器的使用寿命；

4、系统具备吊钩监视，可确保在下放过程中的和进行货物对位；

5、系统随时对整机机械制动器的状态，进行监控并预告，确保；

6、由于系统采用荷重测控仪及相关软件的处理，对有两套起升机构（主、副）的起重机，可以合为一套机构，即可满足作业要求，因而降低了整机制造成本。

1 引言

目前国内大多数传统水电站监控系统一般采用仪表监控和计算机监控，在厂站端用微机远动装置RT U作为数据采集设备，电站仅仅作为数据采集与传输单元向调度发布信息，大部分监护和控制动作都需要手工完成，自动化水平低，能源消耗量大并且维护成本高。

随着电力系统自动化水平的提高，传统水电站监控系统已不能满足要求。电厂站除数据采集与向调度发布信息外，同时需实现图形、曲线、报表处理等能力。把工业计算机（IPC）用于电力系统厂站端的实时监控系统可以和RTU通讯，并将所得的数据信息加工处理成为用户需要的形式，实现水电站的实时监控。本文基于国内西南部某大型水电站的实例，提出了一套基于罗克韦尔自动化产品及系统的水电站实时监控系统。

2水电站实时监控系统

本系统采用分层分布式开放型网络结构。系统分为三层，即厂级控制层和现地控制层和辅助设备控制层。上两层之间采用的双网冗余快速以太网总线结构。系统结构如图1所示。

图1 水电站实时监控系统框图

2.1 厂级控制层

（1）主控计算机（处理机）两套，以互为热备用方式工作，完成计算机监控系统的管理。包括AGG/AVC计算和处理、数据库管理、在线及离线计算、图表曲线的生成、事故及故障信号的分析处理等。

（2）操作员工作站设两套，每套工作站带两个显示器（双屏），两台工作站互为热备用方式，一台用于监控，一台用于监视。当监控工作站因故退出时，监视工作站可自动或手动升为监控站。

（3）工程师兼培训工作站用于修改定值、增加和修改画面、系统维护、软件开发及远程诊断。还可以离线设置，培训。

（4）历史数据兼打印报表计算机用于完成历史数据查询、报表打印等。

（5）通讯处理机完成与网调、省调EMS系统进行实时数据交换，与厂内其他系统（MIS系统、水情测报系统、五防机等）进行通讯。

（6）电话及语音计算机用于语音输出、电话语音查询、报警自动等。

（7）其他设备包括GPS时钟系统、网络设备、不间断电源系统（UPS）、模拟屏、 模拟屏控制机、打印机等。

2.2 现场控制层

厂房内设有四地控制单元（LCU）。其中三套机组LCU（LCU1、LCU2、LCU3）用于对发电机组的数据采集和控制，LCU4则用于对电压开关站和公用设备的控制。各LCU分别完成各自监控对象 的数据采集及处理，并向网络传送数据，接受上位机的命令和管理。同时单个LCU具有立的控制、调节和监视功能，配有键盘和监视器。当与上位机系统脱机时，仍可进行必要的控制调节和监视。现地控制单元（LCU）由工控机和PLC及远程I/O等设备组成。整个系统的主计算机、LCU及各辅助设备均通过罗克韦尔自动化的ControlNet网连接通信。各个LCU装备PLC-5/40C可编程控制器，I/O机架、通信模块、I/O模块及UPS等。各LCU通过A-B公司的1771-DB PLC Basic Module实现各个设备之间方便快捷的接口通信。

为方便操作人员在现场对设备的监视和操作，各个LCU配置了1776-TS时间顺序记录模块和A-B PanelView系列触摸屏，既方便现场事件的记录和分析，又提供了操作和监控的操作平台。

2.3 辅助设备控制层

本层包含了水泵控制箱、空气压缩机控制箱、防渗控制箱、通风控制箱、油压控制箱、旁路电源切换控制箱等九个小控制箱。所有这些辅助设备都直接挂在A-B DH-485工业局域网上。各个设备之间可立运行，也可通过网络接受命令并进行相应处理。该局域网所有的主机和站点都可以共享辅助设备的信息，因此所有水泵、油泵、空压机、通风设备及旁路电源工作情况等信息都可以时间直观的显示在上层的主机监控画面上。

3系统软件及实现功能

系统组态软件采用Rockwell的RSView32来完成数据、记录、操作监控等任务，并通过RSWebserver将图形和数据发给远程调度进行分析，同时系统软件自身采用数据库系统来进行分析和实时管理。系统软件模块组成如图2所示：

图2 系统软件模块组成

软件详细各个功能块如下：

3.1 监控画面功能

（1）电气主接线状态画面

画面显示电气主接线所有开关的状态，发电机出口的电气和励磁参数，主变压器高、低压侧的电气参数，高压线路出口的电气参数，母线的电气参数，厂用变压器的电气参数，电气主接线上所有开关的分、合闸操作按钮状态。主接线的运行状态和操作均在该画面上进行。当运行参数出正常范围或开关跳闸时，相应的数值和开关颜色变化，语音设备报警。

（2）机组工艺系统状态画面

画面显示机组及其气、水、油等主要设备的状态参数，主要设备的操作按钮。当气、水、油等参数出正常范围或设备故障时，相应的数值和设备图形颜色变化，语音设备报警。

（3）监控系统运行状态画面

画面显示监控系统继电保护、PLC和测量装置的工作状态和参数。

（4）电站所有需要监测的各种参数的实时和历史曲线图、棒型图画面。

（5）各种运行和管理报表及表格画面。

（6）电站的平面图、动画等显示。

3.2 远动功能

由监控系统的主工作站实现，并留有扩展能力。需要向电力系统调度机关传送和接收数据，实现调度机关对本电站的遥测、遥信、遥控和遥调，实时接收调度命令，向调度机关发送水电站实时运行工况、运行参数等信息。

3.3 数据采集和处理功能

3.3.1电站控制层

自动实时采集和处理来自各现地控制层及调度系统的数据。主要包括：机组、主变、母线、35KV线路、厂用电、调压井闸门及全厂公用系统的电气模拟量、非电气模拟量、脉冲量、开关量的采集，对这些数据进行处理，包括越限处理、报警处理及事故追忆处理，处理后的数据以一定的格式存入实时数据库，形成实时数据库和历史数据库，以备系统调用和随时查询，并对监视的模拟量、开关量、脉冲量进行统计分析计算（含变位、越限等）作为历史数据存入历史数据库，并作为报表输出的主要数据来源。当出现异常事件记录和出现事故时，计算机监控系统根据目前的情况自动作出处理。

3.3.2机组现地层LCU

自动实时采集和处理发电机、水轮机、励磁及调速装置、机组附属设备的电气模拟量、非电气模拟量、脉冲量、开关量，主要设备运行工况诊断处理，并以一定的格式存入实时数据库，对各类信息进行数据封装后存放在现地控制单元的存储单元中，并上传电站控制层。

（1）直接采集的信号

电气量：发电机定子电压、电流，励磁电流、电压、频率、有功功率、无功功率和功率因数等。

·非电量：机组油、气、水系统的压力、压差、流量、液位、温度。

·开关量：发电机断路器位置、继电保护电气事故信号、故障分类信号；励磁系统工作方式设置、灭磁开关位置、故障信号；调速器工作方式设置、故障信号；油压装置压力、油位信号；油泵运行方式、设置信号、运行状态信号；机组各温度信号、转速位置信号、导叶开度位置信号、接力器锁锭投切信号、制动闸块位置信号、制动气压位置信号、剪断销剪断信号、油槽油位信号；进水口阀门位置信号、机组冷却水信号；水机保护动作信号等。

·脉冲量：发电机有功电能、无功电能等。

（2）通信采集的信号数据

机组各部位温度、测温电阻断线及装置故障，以及有关机组轴温温度信号和交换控制、状态和报警信息。励磁系统、调速器系统、同期系统、发电机及主变和线路微机保护装置的通讯。

3.4 综合参数统计、计算与分析功能

计算机监控系统根据实时采集到的数据进行周期、定时或召唤计算与分析，形成计算数据库与历史数据库，帮助运行人员对电厂设备的运行进行监视与综合管理，可及时发现故障征兆，提高机组运行的性。对现成的计算数据列出作为实时数据处理，存入相应的实时数据库和历史数据库，进行越限报警、启动相关处理程序等操作。

（1）温度量分析计算

LCU周期获得温度测量装置采集的温度数据，进行预处理，并作计算后将数据存入LCU数据库，实现全系统数据共享，可显示、制表打印。

·温度值、值：温度画面的实时值现示和历史曲线现示;

·温度变化趋势分析：实时和历史变化曲线;

·温度越限追忆记录：历史变化曲线;

·正常值与实测值的比较分析：温度画面中温度现示值变色，正常温度为白色、报警温度为黄色、停机温度为红色。

（2）电量累积计算

计算机监控系统对全厂有功电度量、无功电度量进行周期分项分时累加，并存入数据库，供显示并制表打印。

·单台发电机的发电有功、无功电量累加;

·单回送电线路的送电有、无功电量累加;

·全厂发电机总发电量累加，全厂线路总送电量累加;

·全厂总厂用电量累加。

（3）设备运行统计计算

对机组、断路器、机组油压装置等重要动力设备，以及间歇运行的辅助设备的运行工况（包括启动次数据、运行时间、间歇时间等）进行统计，对继电保护及自动装置动作情况进行统计。

3.5 定值管理功能

计算机监控系统对所有定值作统计，定值修改、变情况统计，并存入数据库，以备查询。

3.6 生产报表功能

计算机监控系统进行电气量参数报表，非电气化量参数报表，温度、日发电量、厂用电量统计报表，生产综合统计报表等。

3.7 运行监视及事件报警功能

（1）主要设备运行实时监视

计算机监控系统可以使运行人员通过主机兼操作员工作站显示器屏幕对全厂主要设备运行状态和运行参数进行实时监视，包括状态变化监视、越限检查、过程监视、历史趋势分析和监控系统异常监视。

·越限：主要针对主机定子电流、油温、冷却水压力、定子线圈和铁心的温度计及其它被监视参数，检查设备异常状态并发出报警。

·过程监视：监视机组开停机条件、开停机进程、状态转换过程的顺序及转换时间等，并上送至电站控制层。监视机组各种运行工况的转换过程所需要的操作步骤，在发生过程阻滞时，显示阻滞原因，并由机组现地控制单元将机组转换到状态。（如开机、停机、冷却水状况等）

·趋势分析：分析机组运行参数的变化。（如机组轴承温度趋势监视、发电机温度变化趋势监视、机组电压和负荷变化、励磁电压和电流变化等）

·监控系统异常监视：对机组现地控制单元硬件、软件故障自动监视，报警并上送数据信息给电站控制层。实时监视监控系统本身的工作状况，通信状态等。

（2）事件报警

·故障报警记录

计算机监控系统周期性扫描故障信号，故障发生时，立即响应并处理，同时记录故障发生时间（时、分、秒）、动作设备器件名称、事故内容等信息，并显示、打印故障报警语句，发出声光报警信号，按故障发生的先后次序排列，形成故障记录并存入数据库。故障记录表格为故障汇总记录表，可供值班人员查寻，并定时打印，也可召唤打印或显示。

·参数越限、复限报警记录

计算机监控系统在设备运行参数其限值时，立即报警，越限值恢复正常值时，进行复限提示。参数越、复，记录发生时间（时、分、秒）、参数名称、参数值勤等信息，并显示打印故障报警语句，发出音响报警信号，形成全厂参数越看待线记录并存入数据库。

·事件顺序检测

机组现地LCU自动检测本单元所监视的设备、继电保护和自动装置的动作情况，当发生状态变换时，对于事故信号自动产生中断，检测事件性质、发生时间，并顺序记录，上送电站控制层，计算机监控系统立即响应中为信号，同时记录事故发生时标（时、分、秒、）、动作设备器件名称、事故内容等信息，并显示、打印事故报警语句，发出声光报警信号，按事故发生的先后次序排列，形成事件记录并存入数据，可按设备进行搜索记录。

（3）事故追忆及相关量记录

水电站发生事故时，需对事故发生前后的某些重要参数进行追忆记录，以供运行人员事故分析。事故发生时，计算机将按顺序将事故报警信息、事故的名称及这些追忆数据保存于磁盘中，形成历史数据。并自动显示、打印这些数据。事故追忆的重要参数有：线路三相电流和电压（正常值和故障值）；主变的电流和温度（正常值和故障值）；发电机定子三相电流和电压（正常值和故障值）、机组推力轴瓦温度等。

（4）机组开、停机过程监视

机组开、停机时（命令发出），计算机监控系统自动推出相应机组的开、停机过程监视画面。画面包括：机组编号、自动/手动标记、开（停）机条件、用流程图表示的开（停）机步骤、每步操作的时间及总时间。实时显示全部开、停机过程中每一步骤及执行情况，并按设备实际动作状态自动改变步序框的颜色，以区分已操作、正在操作、待操作及操作受阻部位。并提示在开、停机过程受阻的受阻部位的原因，进行开环运行指导甚至闭环自动控制操作。

3.8 控制、操作与调节功能

根据电厂设备运行的情况和有关计算结果，按预定步骤远方及现地的控制命令对全厂设备的运行进行控制与调节。运行设备控制方式设置，自动/手动控制、远方/现地操作，均可在操作画面中点击实现，有功功率、无功功率调节以及机组开停机的控制操作也可在操作画面中点击实现。

4问题点及注意事项

（1）设备的屏蔽

电子设备中某些元器件或电路中有电流流过时，其周围空间将建立磁场；同时，电路某一部分所存储的电荷，又在其周围建立磁场；电能与磁场的相互急剧转化将形成电磁干扰，这种电场与磁场，对设备本身来讲属于内生干扰，降低了设备的抗扰容限。严重时会使设备经常发生故障。为了将产生的电场或磁场限制在某一规定的空间范围内，或为了使设备或元器件不受外部电磁场的影响，系统实施时采用隔离屏蔽措施，其方法是将有关电路、元器件、或设备安装在铜、铝等低电阻材料或是磁性材料制成的屏蔽物内，不使电场和磁场穿透这些屏蔽物。屏蔽就是用金属导体，把被屏蔽的元件，组合件，电话线，信号线包围起来。这种方法对电容性耦合噪声抑制效果很好。常见的就是用屏蔽双绞线连接模拟信号。

（2）软件的开发

利用Rsview32开发的过程中，尽可能的简化程序设计，同时要兼顾所有功能的实现，务必避免为追求而使得程序非常冗杂，降低运行效率。同时程序中一定要包含充分的错误捕获机制，以便出现问题时的及时诊断和处理。

5 结束语

本文基于罗克韦尔自动化的系列产品组建的水电站监控系统，实现了机组的无人监控、少人值班，提高了水电站的自动化水平和性，减轻了运行人员的负担。系统提供一次接线图实时刷新显示，使值班人员对电器运行状况一目了然；实时数据表显示与打印功能使传统的、烦琐的手工抄表得以取代；事件顺序记录和事故追忆功能为分析事故原因带来方便；历史记录存档功能使厂站的生产运行情况有案可查；丰富的曲线功能为了解电气参数的变化规律提 供了客观依据；系统支持用户进行遥控和遥调。实际运行证明，本系统可达到大中型水电站的无人监控、少人值班的高自动化水平，减轻了操作人员工作强度，提高了电厂站运行的性。