基于PLC的变电站综合自动化系统研究

***：基于PLC的变电站综合自动化系统研究I摘要变电站综合自动化对于保证供电可靠性和电能质量，对于电力系统的安全、稳定运行具有极其重要的作用。本毕业设计以实验室现有设备为基础，对基于PLC的变电站综合自动化系统进行研究。本设计在学习变电站综合自动化系统的基本概念，学习数据通信、可编程控制器和触摸屏相关知识的基础上，对基于SIMATICS7-200PLC的变电站综合自动化实际系统进行初步的硬件结构设计和软件设计。并以断路器控制、中央信号系统为具体研究对象，由SIMATICS7-200PLC和计算机、触摸屏组成硬件系统，实现了PLC和触摸屏之间的通信，编写了PLC和触摸屏程序，实现了断路器控制和中央信号系统的基本功能。关键词变电站，综合自动化，可编程控制器，触摸屏AbstractIntegratedsubstationautomationplaysanimportantroleinguaranteeingthepowersupplyreliabilityandqualityofelectricenergy,thesecurityandstableoperationofpowersystems.Onthebasisoftheexistinglaboratoryequipment,thedesignresearchesPLC-basedintegratedsubstationautomationsystem.Onthebasisofstudyingthebasicconceptsofintegratedsubstationautomationsystem,therelevantknowledgeofdatacommunication,PLCandtouchpanel,theinitialhardwarestructureandsoftwareofintegratedsubstationautomationsystembasedonSIMATICS7-200PLCisdesigned.Andcircuitbreakercontrol,thecentralsignalsystemforspecificsubjects,bySIMATICS7-200PLCandcomputer,touchpanelconsistinghardwaresystem,thecommunicationbetweenPLCandtouchpanelisimplemented,theproceduresofPLCandTouchpanelareprepared,circuitbreakercontrolandthecentralsignalsystem'sbasicfunctionsareimplemented.Keywordssubstation,integratedautomation,programmablecontroller,Touchpanel郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）II目录摘要……………………………………………………………………………………...IAbstract………………………………………………………………...……..…………I1绪论…………………………………………………………………………………...11.1变电站实现综合自动化的目的和意义.................................................................11.2变电站综合自动化的发展过程和现状.................................................................21.3变电站综合自动化系统的内容、功能和特点.......................................................31.4本文的主要工作.....................................................................................................52可编程控制器及SIMATICS7-200PLC……………………………………………..62.1PLC的特点和主要功能……………………………………...…………………..62.2PLC的基本结构和工作原理…………………………………………………….72.3SIMATICS7-200PLC系统的基本组成及其工作模式………………………....92.4PLC与计算机的通信和连接…………………………………………………....112.5PLC应用系统的设计原则、内容与步骤……………………………………....132.6本章小结………………………………………………………………………...143触摸屏及其与计算机、PLC的通信和连接………………………………………..153.1概述……………………………………………………………………………...153.2PWS6600C-S型触摸屏…………………………………………………….......153.3PWS6600C-S型触摸屏的操作…………………………………………….......193.4PWS6600C-S型触摸屏与计算机的通信和连接………………………….......203.5PWS6600C-S型触摸屏与PLC的通信和连接……………………………........223.6本章小结………………………………………………………………………...234基于PLC的变电站综合自动化系统初步设计…………………………………….244.1变电站综合自动化系统的设计原则与要求…………………………………...244.2变电站综合自动化系统的硬件结构设计……………………………………...244.3系统软件概述…………………………………………………………………...274.4PLC软件设计概述………………………………………………………………294.5系统特点………………………………………………………………………...314.6本章小结………………………………………………………………………..315断路器控制、中央信号的PLC实现……………………………..............................325.1断路器控制概述………………………………………………………………...325.2断路器控制的PLC实现………………………………………………………..34***：基于PLC的变电站综合自动化系统研究III5.3触摸屏画面……………………………………………………………………...375.4中央信号………………………………………………………………………...405.5本章小结………………………………………………………………………...436结论………………………………………………………………………………….44谢辞…………………………………………………………………………………….45参考文献……………………………………………………………………………….45附录1外文资料翻译………………………………………………………………….47A1.1译文：变电站综合自动化系统的结构和通信……………………………………………47A1.2原文：TheConfigurationandCommunicationofIntegratedSubstationAutomationSystems………………………………………..52***：基于PLC的变电站综合自动化系统研究-1-1绪论1.1变电站实现综合自动化的目的和意义1.1.1传统变电站的缺点众所周知，变电站是电力系统中不可缺少的重要组成部分，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。尤其是现在大容量发电机组的不断投运、超高压远距离输电和大电网的出现，使电力系统的安全控制更加复杂，如果仍依靠原来的人工抄表、记录、人工操作为主，依靠原来变电站的旧设备，而不进行技术改造的话，必然没法满足安全、稳定运行的需要，更谈不上适应现代电力系统管理模式的需求。传统变电站存在如下的缺点[1]：（1）安全性、可靠性不能满足现代电力系统高可靠性的要求。（2）供电质量缺乏科学的保证。（3）占地面积大，增加了征地投资。（4）不适应电力系统快速计算和实时控制的要求。（5）维护工作量大，设备可靠性差，不利于提高运行管理水平和自动化水平。1.1.2变电站实现综合自动化的优越性随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，变电站综合自动化技术得到了迅速发展。近几年来，变电站综合自动化已成为热门话题，引起了电力工业各部门的注意和重视，并成为当前我国电力工业推进技术进步的重点之一。变电站综合自动化是将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。变电站实现综合自动化的基本目标是提高变电站全面的技术水平和管理水平，提高电网和设备的安全、可靠、稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，提高供电质量，促进配电系统自动化。变电站实现综合自动化的优越性主要有以下几方面[1]：郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）-2-（1）提高变电站的安全、可靠运行水平。（2）提高供电质量，提高电压合格率。（3）简化了变电站二次部分的硬件配置。（4）提高电力系统的运行、管理水平。（5）缩小变电站占地面积，降低造价，减少总投资。（6）减少维护工作量，减少值班人员劳动量，实现减人增效。（7）有利于提高变电站无人值班管理水平。1.2变电站综合自动化的发展过程和现状1.2.1国内变电站综合自动化的发展过程和现状我国变电站综合自动化的研究工作开始于20世纪80年代中期。1987年，清华大学电机工程系研制成功第一个符合国情的变电站综合自动化系统，在山东威海望岛变电站成功地投入运行，1988年通过技术鉴定。鉴定结论为国内首创，填补了国内一项空白，并达到国际80年代先进水平。20世纪80年代后期，不少高等院校、研究单位和生产厂家投入到变电站综合自动化的研究中。90年代，变电站综合自动化已成为热门话题，研究单位和产品如雨后春笋般蓬勃发展。规模比较大的单位有南瑞公司、四方公司等。近几年来，大规模集成电路技术和通信技术的迅猛发展，网络技术、现场总线技术等的出现，为提高变电站综合自动化水平提供了技术支持。90年代中，变电站综合自动化实际上成为电力系统自动化最亮丽的热点，其功能和性能也不断完善。变电站综合自动化已成为新建变电站的主导技术[1]。目前国内无人值班与变电站综合自动化系统基本应用在110kV和35kV中低压变电站中，已投入了相当数量，发挥了积极作用。各地区，特别是经济发达地区对新建110kV变电站大多要求按无人值班设计。无人值班变电站按实现的自动化水平可分为两类：一种是远动RTU方式，另一种为全新的综合自动化。较早推行无人值班的地区，由于受当时自动化水平和经济能力的限制往往采用第一种方式，该方式仅在原常规有人值班变电站的基础上在RTU中增加了遥控、遥调功能，站内仍保留原有的控制屏、指示仪表、光字牌等设备。所有信号由RTU集中采集，遥控、遥调指令通过RTU装置硬接点输出，由控制电缆引入二次回路控制，与控制保护不能交换信息，保护动作信号仍需通过继电器接点采集。采用这种方式所需二次电缆比常规有人值班变电站更多，二次回路也更复杂。第二种方式，即为现在广为流行的变电站综合自动化方式。其最大的特征是将站内监控功能、SCADA信号采集、远动功能以及数字保护信息结合为一个统一***：基于PLC的变电站综合自动化系统研究-3-的整体，完全取消了传统的集中控制屏，二次回路极为简单，控制电缆大量减少，既可有人值班运