西門子S7-300 PLC 在變電站中的應(yīng)用

　　勝利油田有150 多座變電站，承擔(dān)著勝利油田整個(gè)油區(qū)、社區(qū)及東營區(qū)部分居民的用電，油田電網(wǎng)的安全運(yùn)行對于保證原油產(chǎn)量持續(xù)上產(chǎn)和居民的安居樂業(yè)起著至關(guān)重要的作用。
　　從目前來看，油田變電站的控制和管理來看還是處于落后的狀況，與國外和一些先進(jìn)省市相比具有很大的差異。對于直流系統(tǒng)，自動化監(jiān)控程度低，大部分的變電站直流系統(tǒng)控制方式簡單，多為人工控制和調(diào)節(jié)，而電池也多為鉛酸電池，需要專門直流工進(jìn)行維護(hù)。在管理水平上，變電站的設(shè)備管理記錄和統(tǒng)計(jì)都是值班人員填寫報(bào)表進(jìn)行匯報(bào)。
　　隨著電子技術(shù)和通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，變電站微機(jī)保護(hù)的成功改造，對直流系統(tǒng)的安全運(yùn)行也提出了更高的要求。所以必需對直流系統(tǒng)進(jìn)行改造和完善。向無人化監(jiān)控管理發(fā)展，以達(dá)到減員增效和提高自動化管理水平的目的。
　　AEUD-WIII 全自動智能免維護(hù)直流屏采用模塊化設(shè)計(jì)、數(shù)字化控制，智能化程度高。該直流電源具有先進(jìn)的系統(tǒng)監(jiān)控功能，著重電池在線管理、接地選線、“四遙”通訊、告警顯示和事故追憶等功能進(jìn)行開發(fā)，使得系統(tǒng)安全性、可靠性更高。
　　該系列全自動智能免維護(hù)直流屏采用SEIMENS 公司生產(chǎn)的OP170B 型人機(jī)界面,該監(jiān)控模塊具有結(jié)構(gòu)緊湊、顯示分辨率高、可靠性高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。通過人機(jī)界面可以完成整流模塊啟動，充電狀態(tài)顯示，查看報(bào)警信息，手動電池巡檢，絕緣監(jiān)察、接地選線、報(bào)警試驗(yàn)、報(bào)警復(fù)位等直流屏的所有操作，并能顯示直流屏的原理圖及各個(gè)運(yùn)行參數(shù)和各種故障信息。控制模塊采用S7-300 系列模塊，進(jìn)行數(shù)字和模擬信號的采集及輸出。一、控制要求
　　①整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化控制、電壓調(diào)節(jié)等都可由PCC 通過軟件實(shí)現(xiàn)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
　　②大屏幕液晶顯示屏，漢字菜單驅(qū)動，在線幫助，操作簡單方便；
　　③智能化的電池管理，主、浮充自動轉(zhuǎn)換，手動和自動實(shí)時(shí)監(jiān)控電池狀態(tài)。
　　④接地選線功能，實(shí)時(shí)監(jiān)控母線和支路絕緣狀況。
　　⑤完善的告警處理及事故追憶功能，全面掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。
　　⑥完善的“四遙”功能，監(jiān)控中心能夠監(jiān)控直流系統(tǒng)。
　　二、硬件系統(tǒng)構(gòu)成
　　根據(jù)以上要求，我們開發(fā)研制了孤北電廠集中控制室直流控制系統(tǒng)。系統(tǒng)配
　　置如下：
　　1、PLC 配置
　　變電站直流監(jiān)控系統(tǒng)的PLC 采用SIEMENS 的S7-300 系列模塊，根據(jù)系統(tǒng)要求，PLC 總體配置如下：
　　① 中央處理模塊（CPU）：選用CPU314。
　　② 數(shù)字量輸入模塊（DI）：選用SM321,共1 塊（16 點(diǎn)/塊）。處理4 點(diǎn)輸入信號。
　　③ 數(shù)字量輸出模塊（DO）：選用SM322, 共4 塊（16 點(diǎn)/塊）。處理56 點(diǎn)輸入信號。
　　④ 模擬量輸入模塊（AI）：選用SM331,共1 塊（8 點(diǎn)/塊）。處理8 點(diǎn)輸入信號。
　　⑤ 模擬量輸入、出模塊（AI）：選用SM334,共1 塊（4 點(diǎn)入和2 點(diǎn)出/塊）。處理
　　2 點(diǎn)輸入和2 點(diǎn)輸出信號。
　　2、操作屏配置
　　操作屏采用兩個(gè)OP170B，一個(gè)安裝在控制柜，一個(gè)安裝在監(jiān)控中心。三、監(jiān)控系統(tǒng)軟件變電站直流監(jiān)控系統(tǒng)的軟件主要有兩部分：顯示單元和軟件單元。
　　顯示單元：主畫面、電池巡檢畫面、電池組電壓記錄畫面、絕緣監(jiān)察、當(dāng)前報(bào)警畫面、歷史報(bào)警畫面、累計(jì)運(yùn)行畫面等畫面。
　　軟件單元：系統(tǒng)時(shí)鐘讀取、整流器控制、電池巡檢、絕緣監(jiān)察、接地選線、限流電阻控制、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、當(dāng)前報(bào)警處理、歷史報(bào)警信息處理、報(bào)警試驗(yàn)、
　　(一)、顯示單元：
　　操作屏采用工業(yè)級人機(jī)界面。主要完成下列任務(wù)：直流系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控、故障報(bào)警、記錄和排除提示、參數(shù)設(shè)置、模擬鍵盤操作、數(shù)據(jù)記錄處理、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間等的運(yùn)行時(shí)間和控制。
　　主畫面 電池巡檢
　　
　　（二）、控制軟件單元：（只摘錄部分功能軟件）
　　1、整流器控制
　　給定延時(shí)
　　A F1_k1
　　AN F1_k2
　　= DO_k1
　　主充電機(jī)給定A DI_k1
　　JNB _001
　　CALL FB 21 , DB21
　　_001: NOP 0
　　主充電機(jī)給定復(fù)位
　　AN DI_k1
　　AN DI_k2
　　= L 0.0
　　A L 0.0
　　BLD 102
　　S float_charge
　　A L 0.0
　　JNB _004
　　L 0
　　T ug_hm0
　　_004: NOP 0
　　A L 0.0
　　JNB _005
　　L 0
　　T ug_hm1
　　_005: NOP 0
　　A L 0.0
　　JNB _006
　　L 0
　　T DB66.DBD 580
　　_006: NOP 0
　　主浮充轉(zhuǎn)換
　　A(
　　O DI_k1
　　O DI_k2
　　)
　　JNB _003
　　CALL FB 20 , DB20
　　_003: NOP 0
　　2、巡檢：
　　能夠自動（每天定時(shí)）和手動進(jìn)行電池巡檢。（部分程序）
　　每天10 點(diǎn)自動電池巡檢A(
　　L MW 22
　　L 10
　　==I
　　)
　　FP M 15.2
　　AN scan_end
　　S scan_start
　　按下面板電池巡檢鍵,手動進(jìn)行電池巡檢
　　A(
　　A F3_bat_scan
　　FP M 15.3
　　O(
　　A F3_bat_scan
　　FN M 15.4
　　)
　　)
　　AN scan_end
　　S scan_start
　　電池巡檢開始
　　A scan_start
　　JNB _001
　　CALL FB 23 , DB23
　　_001: NOP 0
　　電池巡檢開始，畫面轉(zhuǎn)到電池巡檢畫面
　　A scan_start
　　FP M 17.4
　　JNB _002
　　L 2
　　T MW 102
　　_002: NOP 0
　　電池巡檢結(jié)束,復(fù)位電池組序號,
　　L MW 186
　　L 18
　　==I
　　= L 0.0
　　A L 0.0
　　JNB _003L 0
　　T MW 116
　　_003: NOP 0
　　A L 0.0
　　JNB _004
　　L DB65.DBW 100
　　T MW 118
　　_004: NOP 0
　　A L 0.0
　　BLD 102
　　L S5T#2S
　　SD T 51
　　電池巡檢結(jié)束,置位電池巡檢標(biāo)志位
　　A T 51
　　= L 0.0
　　A L 0.0
　　JNB _005
　　L 0
　　T MW 186
　　_005: NOP 0
　　A L 0.0
　　BLD 102
　　S scan_end
　　電池巡檢結(jié)束后,進(jìn)行過、欠壓判斷
　　A scan_end
　　JNB _006
　　CALL FB 24 , DB24
　　_006: NOP 0
　　3、絕緣監(jiān)察及接地選線：
　　能夠自動（每天定時(shí)）和手動進(jìn)行絕緣監(jiān)察及接地選線。（部分程序）
　　判斷系統(tǒng)時(shí)鐘是否為9 點(diǎn)，若是，則啟動自動執(zhí)行絕緣監(jiān)察功能
　　A(
　　L MW 22
　　L 9
　　==I
　　)
　　FP M 15.5S auto_gnd_chk
　　根據(jù)絕緣監(jiān)察霍爾電壓采樣值與設(shè)定值的大小，判斷是否出現(xiàn)不平衡接地，若出現(xiàn)，則啟動
　　AN gnd_chk
　　= L 2.0
　　A L 2.0
　　A(
　　L MW 148
　　L MW 122
　　>I
　　)
　　FP M 15.6
　　S en_unbalance
　　A L 2.0
　　A(
　　L MW 148
　　L MW 122
　　<=I
　　)
　　FP M 15.7
　　R en_unbalance
　　使絕緣監(jiān)察啟動的三種條件，有任何一個(gè)滿足要求，則開始絕緣監(jiān)察
　　A(
　　O auto_gnd_chk
　　O(
　　A en_unbalance
　　FP M 16.1
　　)
　　O(
　　A en_unbalance
　　FN M 16.2
　　)
　　O(
　　A F4_gnd_chk
　　FP M 16.3
　　)
　　O(
　　A F4_gnd_chk
　　FN M 16.4
　　))
　　AN gnd_chk
　　S en_chk
　　進(jìn)行絕緣監(jiān)察時(shí)，進(jìn)入絕緣監(jiān)察畫面
　　A en_chk
　　FP M 17.5
　　JNB _001
　　L 4
　　T MW 102
　　_001: NOP 0
　　監(jiān)察完畢，進(jìn)行監(jiān)察使能復(fù)位
　　A M 17.0
　　R en_chk
　　R gnd_chk
　　監(jiān)察完畢，進(jìn)行對地電阻值，電壓值記錄及進(jìn)行報(bào)警
　　A M 17.0
　　JNB _009
　　CALL FB 25 , DB25
　　_009: NOP 0
　　4、當(dāng)前報(bào)警及歷史報(bào)警信息處理：（程序略）
　　故障分類為二級:分為一般故障和致命故障。
　　一般故障包括：
　　當(dāng)發(fā)生此類故障時(shí)，僅聲光預(yù)警，不中斷當(dāng)前操作。根據(jù)系統(tǒng)中產(chǎn)生的各種故障實(shí)施相關(guān)的故障聲光報(bào)警和記錄，此刻顯示屏進(jìn)入故障報(bào)警畫面，顯示故障內(nèi)容，性質(zhì)，時(shí)刻，按ACK 解除聲音報(bào)警，但故障顯示仍然存在，直至解除故障。
　　致命故障包括：
　　當(dāng)發(fā)生此類故障，將禁止所有控制輸出，聲光報(bào)警，在顯示屏上顯示故障類型、內(nèi)容、時(shí)刻。只有在排除故障，按人工復(fù)位鍵后系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。
　　普通故障指示（K8）
　　L MW 84
　　L 1
　　==I
　　= M 8.4
　　致命故障指示（K9）
　　L MW 84
　　L 2==I
　　= M 8.7
　　5、顯示畫面及LED 燈指示
　　主充電機(jī)運(yùn)行指示燈（F1）
　　A DI_k1
　　= M 6.0
　　= M 6.1
　　主充電機(jī)直流輸出故障閃爍報(bào)警控制（故障）
　　A(
　　O(
　　L DB65.DBW 202
　　L 1
　　==I
　　)
　　O(
　　L DB65.DBW 204
　　L 1
　　==I
　　)
　　)
　　JNB _00f
　　L 1
　　T MW 52
　　_00f: NOP 0
　　蓄電池充電狀態(tài)顯示控制（主充）
　　A DI_bat
　　AN float_charge
　　JNB _019
　　L 1
　　T MW 68
　　_019: NOP 0
　　蓄電池充電狀態(tài)顯示控制（浮充）
　　A DI_bat
　　A float_charge
　　JNB _01a
　　L 2
　　T MW 68
　　_01a: NOP 0

四、結(jié)束語
　　變電站直流監(jiān)控系統(tǒng)自1999 年開發(fā)后（S7-200 系統(tǒng)），2001 年進(jìn)行改進(jìn)（S7-300 系統(tǒng)），至今已近四年，正常運(yùn)行證明：整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)先進(jìn)、合理，操作簡單，可靠性高，完全符合用戶預(yù)期的要求，已經(jīng)在勝利油田得到廣泛應(yīng)用，2002 年獲得了勝利]油田推廣應(yīng)用項(xiàng)目二等獎，不久將推廣應(yīng)用至其它地區(qū)。