采用ABB的工控产品组建智能型低压开关柜

采用ABB的工控产品组建智能型低压开关柜教程来源：低压电器作者：张白帆点击：1079次时间：2009-5-2011:21:410引言目前,低压开关柜广泛使用各种电气逻辑控制和微机数字设备,实现远程测控、调节和信息查询。远程测控中包括遥测、遥信、遥调和遥控等操作,“四遥”已成为智能型低压开关柜中基本和必备的功能。一级配电设备动力配电中心(PC)低压开关柜和二级配电设备电动机控制中心(MCC)的低压开关柜,在智能化方面有以下基本要求:①智能装置与通信管理中心(CCU)之间建立数字通信连接和信息交换控制管理,CCU与上位监控系统之间也建立数字通信连接和信息交换控制管理;②对进线、母联等重要断路器按备自投(BZT)的电气逻辑要求实施投退操作;③上位系统可通过信息管理通道发布对电动机的起动、变速、停运及重起动等控制命令,还可获取各种运行参数及状态信息;④全系统的工况包括电力系统的实时与历史运作数据。通过人机界面(HMI)实时地反映给操作者。在实际运作过程中,由工控设备和开关设备组合实现“四遥”前端操作,逻辑控制和通信管理由PLC实现,人机界面则作为人机对话单元。本文对如何利用ABB的工控元件组建智能化低压开关柜的相关技术进行探讨,并对PLC中相关的程序过程进行适当的描述。1主要工控元器件(1)EM-Plus是ABB的电力智能仪表,它一般用于0.4kV的进线回路。(2)EM一般用于低压母联和低压馈电回路的遥测。(3)RSI32/RCM32/RCU16用于低压馈电回路的遥测、遥信和遥控。(4)M102-M和M102-P电动机测控综保单元。用于Modbus总线和Profibus-DP总线。(5)AC31系列PLC的主机07KR51用于建立逻辑控制和RS-485/Modbus信息交换。(6)ABB的AC500系列PLCPM581-ETH用于构建通信管理中心。2PC的智能型低压开关柜一般低压开关柜采用继电器建立电气逻辑控制关系,它存在继电器较易损坏、触点抖动、线路复杂和数据发送困难等问题。利用PLC能够彻底地解决上述问题。解决的要点为:①建立总线系统,解决“四遥”前端信号的采集、传递的通道问题;②利用智能仪表采集各种电参量,各种数字信息通过通信总线传递给上位电力监控系统;③系统中设置手动和自动操作模式,方便操作控制;④控制程序对所采集各种电参量进行解读、分析和处理,除供自身使用外,还可将各种信息加上SOE时间标签后发送给上位系统;⑤利用PLC可建立冗余的控制逻辑、总线体系和通信管理,提升了系统的智能化及可靠性。2.1三进线两母联智能型低压开关柜固件配置三进线两母联低压系统(见图1)各路进线回路和母联回路采用万能式断路器,进线回路的电力仪表采用EM-Plus,母联回路的电力仪表采用EM。QF4的逻辑控制单元采用07KR51,其余断路器的逻辑控制单元采用ICMK14F1。在每段母线中配套安装了多路塑料外壳式断路器馈电回路和1套电容补偿开关柜。馈电回路的信息采集装置为RSI32、RCM32和RCU16,电容回路的测控仪表采用RVT。馈电回路监测开关和保护动作状态及单相输出电流,执行遥控分闸操作。系统中配置了发电机进线断路器。当任两路市电失压时起动发电机对系统供电;当两路以上市电恢复后则由市供电,同时关闭发电机。发电机的起停由备自投程序负责。在开关柜的母联回路中安装了CCU及HMI等设备。其中,逻辑控制单元为07KR51,通信单元为07KP53,CCU为PM5812ETH,HMI为CP450-ETH。上位电力监控系统需要采集开关柜中的所有信息,并通过以太网与CCU交换信息。开关柜内的总线采用RS-485/Modbus-RTU接口和规约。2.2系统控制电气逻辑说明I段进线接线如图2所示。QF1的DI/DO信息接入远程单元ICMK14F1中,KC和KO为合闸与分闸出口继电器。PLC的工作电源由3套市电进线端经继电器互投构成的WK工作电源。建立WK工作电源的目的是防止因为某段进线出现失压而使PLC系统掉电。EM2Plus的通信接口接入COM3/COM4环形通信总线,而远程功能扩展单元ICMK14F1的通信接口则连接到07KR51的CS31总线。2.3现场通信网络系统中配置了2套命名为1CCU和2CCU的07KR51和07KP53组合。1CCU的COM2设置为RS-485/CS31总线接口,速率为187.5kb/s。COM2连接远程扩展单元ICMK14F1,由此将6台断路器的自动操作互相关联起来。现场通信网络如图3所示。常态下BZT将COM3设置为主用,而COM4设置为备用,故COM4处于高阻态,此时的环状总线实质为起始于COM3的链状总线;当BZT侦测到COM3发生通信故障后,立即将COM3设置为备用,同时将COM4设置为主用,这样,环状通信总线变为起始于COM4的链状总线;当通信回路的中间某处发生断路时,BZT还可将COM3和COM4同时设置为主用,形成两条分别起始于COM3和COM4的链状总线与子站交换信息。07KR51与智能装置之间的通信速率为19.2kb/s,而07KR51与PM5812ETH之间的通信速率为0.96～750kb/s。电力监控系统在以太网上用Modbus-TCP从PM5812ETH中获取数据定义表。2.4BZT软件功能BZT的互锁逻辑是以电力系统状态的方式隐含的,BZT依据电力系统的状态进行断路器的投退操作。BZT程序流程如图4所示。2.5PM5812ETH与人机界面CP4502ETHPM5812ETH通过COM2通信接口与HMICP450-ETH连接起来。在HMI中,操作者可读取所有被监测的遥信、遥测和遥调参量,并可执行遥控操作。3智能型低压开关柜MCC与PC相比,有如下不同:①MCC的重点在电动机综保单元MCU与CCU的信息处理和信息交换上;②在MCC的通信组网中更加注重于MCU与CCU的快速信息传输。利用ABB的M1022M电动机综保单元配套PLC和HMI,按Modbus总线方案构建MCC的智能化系统。3.1固件组成3.1.1M1022M的标准接线在MCC型低压开关柜中通常配置了数百套电动机回路。其中M1022M的RS-485通信接口数量为2套。M1022M采集系统的输入电压、输出电流和零序电流等参量,还采集断路器、接触器、外部互锁接点等遥信参量,M1022M据此获取了表征电动机运行工况的全部信息资料。DCS系统可经过通信管理中心CCU获取这些信息资料,还可对电动机实施遥控操作。3.1.2使用Modbus总线的网络结构系统有上位监控系统、通信管理中心和MCC开关柜现场3个工作层面(见图5)。(1)上位监控系统。包括过程控制系统DCS和变电站电力监控系统SCADA。(2)CCU。其任务是,将来自现场层面的各种数据打包传输给SCADA和DCS,同时,将来自SCADA和DCS的控制信息发送到相关的MCC开关柜现场。CCU的主要部分由PM581-ETH及其附件构成。AC500的以太网通信模块CM577-ETH具有1套RJ45接口,通过该接口PM581-ETH与SCADA和DCS交换数据,通信协议是Modbus-TCP,传输速率为10Mb/s。上位监控系统在以太网上通过IP地址区分MASTER-CCU和SLAVE-CCU。HMI通过PM581-ETH的本体以太网连接到MASTER-CCU和SLAVE-CCU。(3)MCC开关柜现场。其任务是,建立冗余的信息访问通道,通过对MCU单元的循环访问使CCU获得所需信息。3.2CCU与MCU之间的访问机制描述常态下CCU与MCU之间的访问是通过MASTER2CCU通道进行的。平时MASTER-CCU与M1CCU进行正常的数据交换,经过交换获得的数据在MASTER-CCU中打包保存。在常态下,MASTER-CCU中的正常工作标志NORMAL有效,SLAVE-CCU检测到MORMAL有效后,定时从MASTER-CCU的数据区中获取数据来更新自己的数据区。CP450-ETH也不断检测MASTER-CCU的状态标志NORMAL是否有效,在NORMAL有效的状况下,人机界面从MASTER-CCU中获取信息并形成各种功能界面供操作者使用。当MASTER-CCU发生故障时NORMAL=0,则SLAVE2CCU启动相关进程与S1CCU交换信息,并且从S1CCU获取M1022M的数据。人机界面的交换信息也发生类似的变更;若MASTER-CCU死机,则必须由上位系统对SLAVE-CCU发布启动命令。当MASTER-CCU故障解除后,SLAVE-CCU在侦测到NORMAL=1后立即执行更新MASTER-CCU的数据区的操作,之后MASTER-CCU重新开始执行管理中心工作,系统恢复为原状态。在正常工作状态下,若M1CCU与某路MCU的通信发生故障,则系统将自动记录该MCU的地址数据,然后从SLAVE-CCU/S1CCU通道与该MCU建立信息交换通道,并将信息传递给MASTER-CCU的对应数据区中;同时MASTER-CCU和M1CCU中都将出现报警信息,DCS/SCADA能根据报警信息得知故障原因及当前通信状态。MCC开关柜的Modbus总线方案2程序流程如图6所示。4结语本文描述了如何利用ABB的工控产品构建MCC低压智能开关柜的智能化系统,简要地介绍了系统的网络结构和通信机理。MCC智能型低压开关柜与PC智能型低压开关柜在组建通信系统方面有很大的不同。当PLC应用在MCC智能型低压开关柜中时,低压开关柜对PLC组件的要求如下:①在MCC开关柜中,主要利用PLC强大的通信功能,而对DI/DO等信息几乎无需求;②在MCC开关柜中,一般都要求建立冗余的通信网络和冗余的主从通信控制机制。相关推荐