貴陽市南供電局110kV觀水變電站是貴陽市南明區的主要供電站，變電站用配電盤運行的穩定可靠性直接影響到向整個區大部分的生產、生活供電，原用的配電盤系統功能簡單、自動化程度不高、控制方式落后，對供電局實現無人值守變電站和配網自動化帶來很多不變，也不能時刻保證城區電網供電的電源質量。因此，2005年5月對該配電盤進行了設備改造，改造以西門子公司的S7—200PLC做控制中心，TP270做監控操作中心，其它配電設備和監測設備均采用國外知名廠家產品。
新的配電盤通過電壓監測模塊監測1、2號變電站站用變壓器的供電情況，由PLC控制ATS開關（Automatic Transfer Switch）進行自動投切和互投操作，饋線監測模塊將饋線裝置的狀態、動作及多種電能參數進行監控，確保變電站的各輔助系統穩定運行，所有裝置的操作、運行情況和電能參數通過PLC在TP270上得以體現和記錄，并通過RS-485或LAN將各種信號傳送到供電調度中心和集控中心，以便及時進行供電調度和設備檢修。
設備改造中使用了西門子公司的224XP-CPU、TP270人機界面、EM221數字量輸入模塊、EM222數字量輸出模塊和CP243-1以太網通訊模塊。
圖1 企業照片
圖2系統結構圖
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名 稱 |
型 號 |
數 量 |
備 注 |
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PLC |
224XP |
1 |
AC/DC/R/Port×2 |
|
DI |
EM221×8 |
4 |
DC24V |
|
DO |
EM222×8 |
2 |
DC24V |
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CP |
243-1 |
1 |
|
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HMI |
TP270 |
1 |
10寸 |
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電壓監測模塊 |
GKR-02 |
2 |
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|
多功能監測模塊 |
DIRIS AP |
1 |
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饋線開關狀態監測模塊 |
OF |
40 |
DC24V |
|
隔離開關 |
CD630A |
2 |
|
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ATS |
MICRO |
1 |
|
|
電動操作饋電開關 |
NS200A |
2 |
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|
饋電開關 |
NS125A |
6 |
|
|
饋電開關 |
C65/63A |
28 |
|
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電源模塊 |
24V/2.5A |
1 |
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編程軟件 |
MicroWin4.0 |
1 |
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|
編程軟件 |
ProTools/Pro6.0 |
1 |
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表1 系統配置表
圖3應用中的畫面
應用S7-200PLC升級過后的變電站站用配電盤（智能配電屏），改變了以前電能數據采集麻煩、運行方式單一、必須現場手動操作等問題，現在除了保留必須的手動操作方式外，根據運行方式PLC能控制ATS開關任意切換在電源I或II上運行，當運行電源進線失壓時，另一電源進線能可靠自投或恢復，同時可進行遠程操作，解決了目前ATS產品控制投切不準確，操作方式單一和遠程控制的問題。改造以前的配電盤上有著各種電能儀表，現在只需一塊多功能儀表就能完成電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率等各種電能參數的監測、采集和數據分析，還有諧波分析、模擬量和報警輸出等功能。站用配電屏還能監控每一饋電回路的電流和工作狀態，整個配電盤的任何一個動作、操作和故障報警都及時顯示并儲存在TP270上，通過MODBUS總線可以把這些數據傳到附近的控制中心，也可以通過以太網將數據傳到數公里之外的調度中心，以便于進行更好的運行維護和管理。
在設計過程中最大的問題就是如何將智能儀表的數據通過S7-200PLC讀到TP270上。本系統中的智能儀表用的是MODBUS_RUT協議，只能做從站使用，也就是說S7-200PLC必須做主站去讀取儀表的數據，在現行的資料中只有S7--200PLC做MODBUS從站的資料，要S7-200PLC做主站就只有自己編寫用自由口做MODBUS主站的程序，由于儀表提供的數據較多且數據地址分散，再加上要求每秒刷新一次，還要做數據的CRC校驗，編寫這樣的通訊程序是有一定難度的，如果逐一地址的編寫程序，那么程序就會過長，會影響總循環時間，不但做不到1秒鐘刷新一次，可能還會引起端口發送、接收沖突和CRC校驗出錯，經過反復的研究實驗，最后在程序中采用了用計數器來輪詢地址的方法，從而減少了程序量和總循環時間。部分程序如下：（OB1主要功能為初始化端口為自由口，初始化發送和接收的數據格式，設定輪詢時間，輪詢和中斷連接；SBR5和SBR6做發送和接收數據的CRC校驗，CRC檢驗主要通過字節異或循環，移位循環和公式異或做發送數據的CRC校驗；中斷1為接收數據；中斷2對接收CRC校驗結果驗證）
OB1
LD SM0.1 初始化端口
MOVB 16#09, SMB30
MOVB 16#9C, SMB87
MOVW +150, SMW92
MOVW +0, SMW90
MOVB 50, SMB94
LD SM0.1 初始化發送數據
MOVB 16#08, VB2100
MOVB 16#05, VB2101
MOVB 16#03, VB2102
MOVB 16#03, VB2103
MOVB 16#0, VB2104
MOVB 16#0, VB2105
MOVB 16#02, VB2106
LD SM0.1 初始化接收數據
MOVB 16#09, VB1200
MOVB 16#05, VB1201
MOVB 16#03, VB1202
MOVB 16#04, VB1203
LD SM0.0 設定輪詢時間
AN T96
TON T32, +150
LD SM0.0
A T32
TON T96, +150
LD T32
EU
LD C1
CTU C1, 16#10
LD SM0.0
AW= 16#0, C1
EU
MOVW 16#0300, VW2103 發送輪詢數據
CALL CRC:SBR5
XMT VB2100, 0
LD SM0.0
AW= 16#1, C1
EU
MOVW 16#0302, VW2103
CALL CRC:SBR5
XMT VB2100, 0
LD SM0.0
AW= 16#02, C1
EU
MOVW 16#0304, VW2103
CALL CRC:SBR5
XMT VB2100, 0
…… ……
LD SM0.7 中斷連接
ATCH INT_0:INT0, 9
ATCH INT_1:INT1, 23
ENI
SRB6(SBR5同SBR6)
LD Always_On:SM0.0 讀出數據長度 ，初始化CRC字
MOVB VB1200, VB1301
MOVW VW1300, VW1302
-I 16#02, VW1302
MOVW 16#FFFF, VW1306
MOVD &VB1200, VD1400
FOR VW1304, 16#1, VW1302
LD Always_On:SM0.0 字節異或循環
+D 16#1, VD1400
MOVB *VD1400, VB1410
XORB VB1410, VB1307
FOR VW1310, 16#1, 16#08
LD Always_On:SM0.0 移位循環
MOVW VW1306, VW1420
SRW VW1306, 1
LD SM1.1 公式異或
XORW 16#A001, VW1306
NEXT
NEXT
LD Always_On:SM0.0 CRC16字傳遞
MOVB VB1307, VB1100
MOVB VB1306, VB1101
INT1
LD Always_On:SM0.0
RCV VB2200, 0
INT2
LD SM86.7
O SM86.6
O SM86.0
CRETI
LD Always_On:SM0.0
MOVD VD2204, VD1204
LD Always_On:SM0.0
CALL CRC16:SBR6
LDW<> VW1100, VW2208
CRETI
LDW= 16#0, C1
MOVD VD2204, VD2500
LDW= 16#1, C1
MOVD VD2204, VD2504
…… ……
經過改造的設備自2005年7月運行以來，系統穩定、功能強大、操作簡單，贏得了用戶的一致好評，為變電站的無人值守和變電站的安全運行提供了有利保障。