0 引 言
目前,低壓開(kāi)關(guān)柜廣泛使用各種電氣邏輯控制和微機(jī)數(shù)字設(shè)備,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控、調(diào)節(jié)和信息查詢。遠(yuǎn)程測(cè)控中包括遙測(cè)、遙信、遙調(diào)和遙控等操作,“四遙”已成為智能型低壓開(kāi)關(guān)柜中基本和必備的功能。
一級(jí)配電設(shè)備動(dòng)力配電中心( PC)低壓開(kāi)關(guān)柜和二級(jí)配電設(shè)備電動(dòng)機(jī)控制中心(MCC)的低壓開(kāi)關(guān)柜,在智能化方面有以下基本要求: ①智能裝置與通信管理中心(CCU)之間建立數(shù)字通信連接和信息交換控制管理, CCU與上位監(jiān)控系統(tǒng)之間也建立數(shù)字通信連接和信息交換控制管理; ② 對(duì)進(jìn)線、母聯(lián)等重要斷路器按備自投(BZT)的電氣邏輯要求實(shí)施投退操作; ③上位系統(tǒng)可通過(guò)信息管理通道發(fā)布對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、變速、停運(yùn)及重起動(dòng)等控制命令,還可獲取各種運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)信息; ④全系統(tǒng)的工況包括電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)與歷史運(yùn)作數(shù)據(jù)。通過(guò)人機(jī)界面(HM I)實(shí)時(shí)地反映給操作者。
在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中,由工控設(shè)備和開(kāi)關(guān)設(shè)備組合實(shí)現(xiàn)“四遙”前端操作,邏輯控制和通信管理由PLC實(shí)現(xiàn),人機(jī)界面則作為人機(jī)對(duì)話單元。
本文對(duì)如何利用ABB 的工控元件組建智能化低壓開(kāi)關(guān)柜的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行探討,并對(duì)PLC中相關(guān)的程序過(guò)程進(jìn)行適當(dāng)?shù)拿枋觥?BR>1 主要工控元器件
(1) EM-Plus是ABB的電力智能儀表,它一般用于0. 4 kV的進(jìn)線回路。
(2) EM一般用于低壓母聯(lián)和低壓饋電回路的遙測(cè)。
(3) RSI32 /RCM32 /RCU16用于低壓饋電回路的遙測(cè)、遙信和遙控。
(4) M102-M和M102-P電動(dòng)機(jī)測(cè)控綜保單元。用于Modbus總線和Profibus-DP總線。
(5) AC31系列PLC的主機(jī)07KR51用于建立邏輯控制和RS-485 /Modbus信息交換。
(6) ABB的AC500系列PLC PM581-ETH用于構(gòu)建通信管理中心。
2 PC的智能型低壓開(kāi)關(guān)柜
一般低壓開(kāi)關(guān)柜采用繼電器建立電氣邏輯控制關(guān)系,它存在繼電器較易損壞、觸點(diǎn)抖動(dòng)、線路復(fù)雜和數(shù)據(jù)發(fā)送困難等問(wèn)題。利用PLC能夠徹底地解決上述問(wèn)題。解決的要點(diǎn)為: ①建立總線系統(tǒng),解決“四遙”前端信號(hào)的采集、傳遞的通道問(wèn)題; ②利用智能儀表采集各種電參量,各種數(shù)字信息通過(guò)通信總線傳遞給上位電力監(jiān)控系統(tǒng);③系統(tǒng)中設(shè)置手動(dòng)和自動(dòng)操作模式,方便操作控制; ④ 控制程序?qū)λ杉鞣N電參量進(jìn)行解讀、分析和處理,除供自身使用外,還可將各種信息加上SOE時(shí)間標(biāo)簽后發(fā)送給上位系統(tǒng); ⑤利用PLC可建立冗余的控制邏輯、總線體系和通信管理,提升了系統(tǒng)的智能化及可靠性。
2. 1 三進(jìn)線兩母聯(lián)智能型低壓開(kāi)關(guān)柜固件配置
三進(jìn)線兩母聯(lián)低壓系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)各路進(jìn)線回路和母聯(lián)回路采用萬(wàn)能式斷路器,進(jìn)線回路的電力儀表采用EM-Plus,母聯(lián)回路的電力儀表采用EM。QF4的邏輯控制單元采用07KR51,其余斷路器的邏輯控制單元采用ICMK14F1。
在每段母線中配套安裝了多路塑料外殼式斷路器饋電回路和1套電容補(bǔ)償開(kāi)關(guān)柜。饋電回路的信息采集裝置為RSI 32、RCM 32和RCU 16,電容回路的測(cè)控儀表采用RVT。饋電回路監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)和保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)及單相輸出電流,執(zhí)行遙控分閘操作。
系統(tǒng)中配置了發(fā)電機(jī)進(jìn)線斷路器。當(dāng)任兩路市電失壓時(shí)起動(dòng)發(fā)電機(jī)對(duì)系統(tǒng)供電;當(dāng)兩路以上市電恢復(fù)后則由市供電,同時(shí)關(guān)閉發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)的起停由備自投程序負(fù)責(zé)。
在開(kāi)關(guān)柜的母聯(lián)回路中安裝了CCU及HMI等設(shè)備。其中,邏輯控制單元為07KR51,通信單元為07KP53, CCU為PM5812ETH, HM I為CP450-ETH。上位電力監(jiān)控系統(tǒng)需要采集開(kāi)關(guān)柜中的所有信息,并通過(guò)以太網(wǎng)與CCU交換信息。
開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的總線采用RS-485 /Modbus-RTU接口和規(guī)約。
2. 2 系統(tǒng)控制電氣邏輯說(shuō)明
I段進(jìn)線接線如圖2所示。QF1 的D I/DO信息接入遠(yuǎn)程單元ICMK14F1中, KC和KO為合閘與分閘出口繼電器。
PLC的工作電源由3套市電進(jìn)線端經(jīng)繼電器互投構(gòu)成的WK工作電源。建立WK工作電源的目的是防止因?yàn)槟扯芜M(jìn)線出現(xiàn)失壓而使PLC系統(tǒng)掉電。
EM2Plus的通信接口接入COM3 /COM4 環(huán)形通信總線,而遠(yuǎn)程功能擴(kuò)展單元ICMK14F1的通信接口則連接到07KR51的CS31總線。
2. 3 現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)
系統(tǒng)中配置了2套命名為1CCU和2CCU的07KR51和07KP53組合。1CCU的COM2 設(shè)置為RS-485 /CS31 總線接口, 速率為187. 5 kb / s。COM2 連接遠(yuǎn)程擴(kuò)展單元ICMK14F1,由此將6臺(tái)斷路器的自動(dòng)操作互相關(guān)聯(lián)起來(lái)?，F(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。
常態(tài)下BZT將COM3 設(shè)置為主用,而COM4設(shè)置為備用,故COM4 處于高阻態(tài),此時(shí)的環(huán)狀總線實(shí)質(zhì)為起始于COM3 的鏈狀總線;當(dāng)BZT偵測(cè)到COM3 發(fā)生通信故障后,立即將COM3 設(shè)置為備用,同時(shí)將COM4 設(shè)置為主用,這樣,環(huán)狀通信總線變?yōu)槠鹗加贑OM4的鏈狀總線;當(dāng)通信回路的中間某處發(fā)生斷路時(shí),BZT還可將COM3 和COM4同時(shí)設(shè)置為主用,形成兩條分別起始于COM3 和COM4 的鏈狀總線與子站交換信息。
07KR51與智能裝置之間的通信速率為19. 2kb / s,而07KR51與PM5812ETH之間的通信速率為0. 96～750 kb / s。
電力監(jiān)控系統(tǒng)在以太網(wǎng)上用Modbus-TCP從PM5812ETH中獲取數(shù)據(jù)定義表。
2. 4 BZT軟件功能
BZT的互鎖邏輯是以電力系統(tǒng)狀態(tài)的方式隱含的,BZT依據(jù)電力系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行斷路器的投
退操作。BZT程序流程如圖4所示。
2. 5 PM5812ETH與人機(jī)界面CP4502ETH
PM5812ETH 通過(guò)COM2 通信接口與HMICP450-ETH連接起來(lái)。
在HM I中,操作者可讀取所有被監(jiān)測(cè)的遙信、遙測(cè)和遙調(diào)參量,并可執(zhí)行遙控操作。
3 智能型低壓開(kāi)關(guān)柜
MCC與PC相比,有如下不同: ①M(fèi)CC的重點(diǎn)在電動(dòng)機(jī)綜保單元MCU與CCU的信息處理和信息交換上; ② 在MCC的通信組網(wǎng)中更加注重于MCU與CCU的快速信息傳輸。
利用ABB 的M1022M電動(dòng)機(jī)綜保單元配套PLC和HM I,按Modbus總線方案構(gòu)建MCC的智能化系統(tǒng)。
3. 1 固件組成
3. 1. 1 M1022M的標(biāo)準(zhǔn)接線
在MCC型低壓開(kāi)關(guān)柜中通常配置了數(shù)百套電動(dòng)機(jī)回路。其中M1022M的RS-485通信接口數(shù)量為2 套。M1022M采集系統(tǒng)的輸入電壓、輸出電流和零序電流等參量,還采集斷路器、接觸器、外部互鎖接點(diǎn)等遙信參量,M1022M據(jù)此獲取了表征電動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況的全部信息資料。DCS系統(tǒng)可經(jīng)過(guò)通信管理中心CCU獲取這些信息資料,還可對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)施遙控操作。
3. 1. 2 使用Modbus總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)有上位監(jiān)控系統(tǒng)、通信管理中心和MCC開(kāi)關(guān)柜現(xiàn)場(chǎng)3個(gè)工作層面(見(jiàn)圖5) 。
(1) 上位監(jiān)控系統(tǒng)。包括過(guò)程控制系統(tǒng)DCS和變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)SCADA。
(2) CCU。其任務(wù)是,將來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)層面的各種數(shù)據(jù)打包傳輸給SCADA和DCS,同時(shí),將來(lái)自SCADA和DCS的控制信息發(fā)送到相關(guān)的MCC開(kāi)關(guān)柜現(xiàn)場(chǎng)。CCU的主要部分由PM581-ETH及其附件構(gòu)成。AC500 的以太網(wǎng)通信模塊CM577-ETH具有1 套R(shí)J45 接口, 通過(guò)該接口PM581-ETH與SCADA 和DCS交換數(shù)據(jù), 通信協(xié)議是Modbus-TCP,傳輸速率為10 Mb / s。上位監(jiān)控系統(tǒng)在以太網(wǎng)上通過(guò)IP地址區(qū)分MASTER-CCU和SLAVE-CCU。HMI通過(guò)PM581-ETH的本體以太網(wǎng)連接到MASTER-CCU和SLAVE-CCU。
(3) MCC開(kāi)關(guān)柜現(xiàn)場(chǎng)。其任務(wù)是,建立冗余的信息訪問(wèn)通道,通過(guò)對(duì)MCU單元的循環(huán)訪問(wèn)使CCU獲得所需信息。
3. 2 CCU與MCU之間的訪問(wèn)機(jī)制描述
常態(tài)下CCU 與MCU 之間的訪問(wèn)是通過(guò)MASTER2CCU通道進(jìn)行的。
平時(shí)MASTER-CCU與M1CCU進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)交換,經(jīng)過(guò)交換獲得的數(shù)據(jù)在MASTER-CCU中打包保存。在常態(tài)下,MASTER-CCU中的正常工作標(biāo)志NORMAL 有效, SLAVE-CCU 檢測(cè)到MORMAL有效后,定時(shí)從MASTER-CCU 的數(shù)據(jù)區(qū)中獲取數(shù)據(jù)來(lái)更新自己的數(shù)據(jù)區(qū)。
CP450-ETH也不斷檢測(cè)MASTER-CCU 的狀態(tài)標(biāo)志NORMAL 是否有效,在NORMAL 有效的狀況下,人機(jī)界面從MASTER-CCU中獲取信息并形成各種功能界面供操作者使用。
當(dāng)MASTER-CCU發(fā)生故障時(shí)NORMAL = 0,則SLAVE2CCU 啟動(dòng)相關(guān)進(jìn)程與S1CCU 交換信息,并且從S1CCU獲取M1022M的數(shù)據(jù)。人機(jī)界面的交換信息也發(fā)生類似的變更; 若MASTER-CCU死機(jī),則必須由上位系統(tǒng)對(duì)SLAVE-CCU 發(fā)布啟動(dòng)命令。
當(dāng)MASTER-CCU 故障解除后, SLAVE-CCU在偵測(cè)到NORMAL = 1 后立即執(zhí)行更新MASTER-CCU的數(shù)據(jù)區(qū)的操作, 之后MASTER-CCU重新開(kāi)始執(zhí)行管理中心工作,系統(tǒng)恢復(fù)為原狀態(tài)。
在正常工作狀態(tài)下,若M1CCU 與某路MCU的通信發(fā)生故障,則系統(tǒng)將自動(dòng)記錄該MCU的地址數(shù)據(jù), 然后從SLAVE-CCU /S1CCU 通道與該MCU建立信息交換通道,并將信息傳遞給MASTER-CCU的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)區(qū)中; 同時(shí)MASTER-CCU和M1CCU中都將出現(xiàn)報(bào)警信息,DCS/SCADA能根據(jù)報(bào)警信息得知故障原因及當(dāng)前通信狀態(tài)。
MCC開(kāi)關(guān)柜的Modbus總線方案2程序流程如圖6所示。
4 結(jié) 語(yǔ)
本文描述了如何利用ABB 的工控產(chǎn)品構(gòu)建MCC低壓智能開(kāi)關(guān)柜的智能化系統(tǒng),簡(jiǎn)要地介紹了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信機(jī)理。
MCC智能型低壓開(kāi)關(guān)柜與PC智能型低壓開(kāi)關(guān)柜在組建通信系統(tǒng)方面有很大的不同。當(dāng)PLC應(yīng)用在MCC智能型低壓開(kāi)關(guān)柜中時(shí),低壓開(kāi)關(guān)柜對(duì)PLC組件的要求如下: ①在MCC開(kāi)關(guān)柜中,主要利用PLC強(qiáng)大的通信功能,而對(duì)D I/DO等信息幾乎無(wú)需求; ②在MCC開(kāi)關(guān)柜中,一般都要求建立冗余的通信網(wǎng)絡(luò)和冗余的主從通信控制機(jī)制。
（轉(zhuǎn)載）
