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西門子S7-200 PLC在直流電源監(jiān)控器中的應用

1 引言

　　直流電源設備是電力系統(tǒng)不可缺少的輔機設備。供給斷路器分合閘用電，后備電池充電以及二次回路的儀器儀表等低壓設備用電都采用直流電源。目前國內(nèi)發(fā)電廠及變電站使用的直流電源設備已廣泛采用高頻整流模塊為功率單元，為了對整個直流系統(tǒng)進行合理的實時監(jiān)控、管理，本文設計了一種基于西門子s7-200plc［1］的高頻直流監(jiān)控器。其功能主要是實時采集直流系統(tǒng)的電壓、電流及供電支路的開關(guān)狀態(tài)等運行參數(shù)，并對數(shù)據(jù)進行分析處理，判斷直流系統(tǒng)的運行工況，并根據(jù)pid控制理論進行實時運行控制和故障處理，并對蓄電池進行在線監(jiān)測，為電力綜合自動化控制系統(tǒng)提供安全、穩(wěn)定、可靠的直流電源。

2 系統(tǒng)硬件組成及工作原理

　　系統(tǒng)硬件組成原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)主要由高頻直流監(jiān)控器（以下簡稱監(jiān)控器）、模擬量采樣板、高頻整流模塊等組成。其中監(jiān)控器是整個系統(tǒng)的核心部分，主要由西門子s7-216cpu配以em-235模擬量模塊、臺灣人機電子mt-510t觸摸屏等組成。

　　系統(tǒng)交流供電采用兩路三相三線制方式實現(xiàn)主備用供電電源的自動切換，經(jīng)過交流配電輸入單元供電給智能高頻整流模塊，智能高頻整流模塊按監(jiān)控器控制方式輸出所需的直流電壓供合閘母線、控制母線、蓄電池充電用。監(jiān)控器通過plc各開關(guān)量輸入通道采集各模塊報警量輸入、各饋線開關(guān)量輸入、各熔斷器信號輸入等開入量；通過模擬量采樣板將模塊采集交流輸入電壓、直流輸出電壓、合母電壓、蓄電池電壓、輸出電流、控母電流、合母電流、充電電流等模擬轉(zhuǎn)化為0-5vdc電壓量或4-20ma電流量由em-235模塊12位a/d通道采樣；通過程序內(nèi)部數(shù)據(jù)處理，按照程序設定的控制曲線，利用比例微分積分pid（proportional integral differential）控制算法［2］，產(chǎn)生調(diào)節(jié)量，由em-235模擬量輸出口產(chǎn)生0-10vdc電壓量，控制高頻整流模塊的輸出電流、電壓，實現(xiàn)閉環(huán)控制。

　　監(jiān)控器采集現(xiàn)場各種運行參數(shù)，系統(tǒng)故障時發(fā)報警信息；系統(tǒng)事故時保護動作，保護充電設備和電池安全。觸摸屏是整個監(jiān)控器的人機接口部分，通過rs485與plc通訊，顯示直流系統(tǒng)的各種信息，如系統(tǒng)直流電壓、電流參數(shù)，系統(tǒng)狀態(tài)信息、故障信息、系統(tǒng)設置參數(shù)等，并可設置系統(tǒng)各參數(shù)，控制監(jiān)控器的運行狀態(tài)。可通過rs485通信接口與上位計算機及智能通訊設備通訊，以實現(xiàn)“四遙”功能［3］。

3 程序設計

　　3.1 程序流程圖設計

　　plc終端軟件采用stl語言編寫，程序設計采用模塊化，功能化結(jié)構(gòu)，便于維護、擴展。為提高終端的抗干擾能力，軟件控制中采用了數(shù)字濾波、故障自檢、控制口令等措施，保證控制操作的正確性和可靠性。裝置plc主要程序流程如圖2所示，主要由初始化程序、數(shù)據(jù)采集處理子程序、時鐘處理子程序、充電轉(zhuǎn)換子程序、故障報警及保護子程序、交流中斷子程序、pid調(diào)節(jié)計算子程序、硅鏈投切控制子程序等組成。

　　主程序始終處于循環(huán)運行狀態(tài)，其中初始化程序主要完成系統(tǒng)的初始化，設定各寄存器、計數(shù)器、plc工作模式、定時器中斷、通訊方式等參數(shù)初始值等。然后不斷調(diào)用模擬量采集及處理子程序?qū)ο到y(tǒng)數(shù)據(jù)進行實時采集；調(diào)用充電程序運行方式子程序決定監(jiān)控器的運行方式；調(diào)用故障報警及保護子程序判斷故障報警及保護繼電器輸出；調(diào)用時鐘處理子程序?qū)π铍姵爻潆姵绦蚋鞣N運行時間累計；調(diào)用交流電中斷子程序保證系統(tǒng)在交流中斷后自動恢復；調(diào)用硅鏈投切子程序根據(jù)系統(tǒng)設置的控母電壓定值對硅鏈進行自動投切控制；調(diào)用通訊子程序（中斷方式）實現(xiàn)與上位機監(jiān)控系統(tǒng)及其它智能設備通訊。