基于PLC的备自投试验仪的研制与应用.pdf

行 业 应 用 与 交 流 n du s t r i a t Ap pl ic a t i o n s an d Co m mun i c at i on s 自动化技术 与应用2 01 4年第 3 3卷第 1 0期 基于 P L C的备 自投试验仪的研制与应用 钟 著 辉 湖南常德供 电公司 ， 湖南常德 4 1 5 0 0 0 摘要 备 自投是广泛应用于电网中的自动装置 ， 它的作用是在变电站失去工作电源时， 自动将备用电源投入 ， 保证可靠供电。对备自 投的检验必须将与其相关联的线路全部停电， 进行整组传动试验， 以验证其控制逻辑的正确性。 但运行中往往会因停电困难而 不能进行， 导致检验项目不完整， 其正确性得不到保证。针对这一问题， 以P LC和触摸屏为核心元件， 研制了一种备自投校验 仪， 仪器能在电源不停电状态下完成对备自投逻辑的完整检验， 确保备 自投在电网故障时能可靠、 正确动作， 提高供 电可靠性。 关键词 备 自投 ； 试验； P L C； 触摸屏 中图分类号 T M5 7 1 ． 6 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 4 i O - 0 1 0 1 0 5 De v e l o p me n t a n d Ap p l i c a t i o n o n a n l n S t r u me n t o f B Z T De v i c e T e s t i n g B a s e d o n PL C ZHoNG Zh u - h u i Ch a n g d eP o we r S u p p l yCo mp a n yo f Hu n a nP o we r Co mp any ， C h a n g d e4 1 5 0 0 0C h i n a Abs t r a c t Au t o ma t i c b u s t r a n s f e r BZTd e v i c e a r e wi d e l y a p p l i e d i n t h e a u t o ma t i c d e v i c e s i n p o we r s y s t e m， I t s r o l e i s wh e n t h e s u b s t a t i o n l o s t p o wm ，s t a n d b y p o we r s u p p l y i s c o me c t e d i n a u t o m a t i c a l l y ， t o e n s u r e r e l i a b l e p o we r s u p p l y ． I n o r d e r t o v e r i f y t h e c o n t r o l l o g i c o f BZ T ， s t o p a l l a s s o c i a t e d p o we r l i n e s t o p e r f o r m t h e e n t i r e g r o u p d r i v e e x p e r i me n t i s n e c e s s a l ’Y ． Bu t i t o f t e n h a v e di f f i c u l t y b e c a u s e o f p o we r o u t a g e s a n d n o t wh i l e i n r u n n i n g ， r e s u l t i n i n c o mp l e t e t e s t i n g ， i t s a c c u r a c y i s n o t g u a r a n t e e d ． To s o l v e t hi s p r o b l e m， a k i n d o f t e s t i n s t r u m e n t f o r BZT i s d e v e l o p e d ， i t i s wi t h PLC a n d t o u c h s c r e e n a s i t s C O l ‘ e c o mp o n e n t ． On l i n e u n i n t e r r u pt i on c o n d i t i o n ． e qu i p m e nt c a n a c c o mp l i s h t h e c o mpl e t e i n s p e c t i o n o f BZT l o g i c ． Th u s e n s u r e s t h a t wh e n t h e n e t wo r k f a i l u r e ， BZT a c t s r e l i a b l y a n d c o r r e c t l y t o i mp r ov e p o we r s u p p l y r e l i a bi l i t y ． Ke y wo r d s BZT； TES T； PL C； t o u c h s c r e e n ， 一 一一 一 一 随着 电网技术的快速发展 ， 电力系统 自动化程度要 求越来越高， 备用电源 自投装置 备 自投 在 l 1 O k V终端 变 电站得到了广泛应用 。所谓备 自投是指变 电站的工 作 电源 因故消 失后 ，自动 而迅速 的将 另一备 用 电源 投入 运行 ， 从而确保 变 电站连续供 电的 自动 装置⋯， 备 自投一 般 可 分 为进 线 备 自投 、分 段 备投 和 变压 器 备 投等 几种 方式。终端变 电站常见的接线方式是两路电源进线 ， 一 路运行 ， 一路充电备用， 备投作用于两条进线电源之间， 当运行线路故障时，自动投入另一条备用线路 ， 保证连 续供 电。 收稿 日期 2 0 1 4 0 l l 5 按照继 电保护检验规程要求 ， 对备 自投装置进行 检验 ， 必须经带 开关整组传动试验合格 ， 以确保装置 的可 靠 性 和 外 部 回路 的 正 确 性 。 备 自投 检 验 重 点 是 对 其 动 作 逻 辑 的 测 试 ， 它 需 与 断 路器 配 合 进 行 ， 同时 还要与其关联的线路保护及公用保护如母差 、低周 、 稳控等配合 ， 因此进行备 投测试 时 ， 与其相关连的线 路必 须停 电才 能进 行 【 。这 在 运行 中的 终端 变 电站 往 往无法实现 ， 因两线路不允许同时停 电， 无法进行备 自投传动试验 ， 对装置 的逻辑及其回路 的可靠性 、正 确 性 得 不 到 保 证 。 现场往往采用模拟断路器或带备投测试功能的微 机校验仪来代替实际传动断路器进行试验。但这两种 自 动 化 技术 与 应 用 2 0 1 4 年 第3 3 卷 第1 0 期 行 业 应 用 与 交 流 d us t r ial App l i c a t ion s a n d Co m mun i c a t ion s 方法都存在一定缺陷 ， 用模拟断路器进行试验 ， 一次需 使用 3台， 操作、接线复杂； 带备投测试功能的校验仪， 只有个别仪器有此功能。且这两种方式都有一个共同 问题 ， 就是不能模拟现场可能出现的各种接线方式， 部 分状 态量 不能提供 ， 特 别是 不能 模拟保 护 装置行 为 ， 因 此 并不能 完 全保证 测 试正 确 。 针对备 自投检验 中的这一难点问题 ， 本文研制了一 种备 自投校验仪， 它能同时模拟 3台断路器及备 自投试 验所需的各种状态， 实现了在不停 电状态下对备 自投装 置的完整检验 。 2 整体设计 通 过对各种型号 备 自投装置 的工 作原理 、功能配置 和二次接线的分析， 备 自投试验要解决的主要问题是 ， 要 有试验过程中所需的各种开关量 ， 要能代替断路器和保 护装置对备 自投的输出信号做出响应 ， 并按正确的时序 反馈回备自投， 能对模拟断路器进行操作， 可模拟断路器 手跳、手合和保护跳 偷跳 等各种状态。 图 1 仪器结构框图 对于试验过程 中所需的模拟量 ， 仅需提供固定大 小的 可控 制 输 出的 电压 和 电流 ， 因此模 拟 量 完 全 可 以 由其它设备提供 ， 仪器仅需根据试验逻辑和设备状态 ， 对输出电压进行同步控制。仪器应能仿真变电站各类 逻辑回路的接线 ， 模拟各种异常工况 ， 如线路失 电压 、 开关偷跳和保护动作等。经分析试验仪功能需求如表 l所示 。 图 2 仪器面板图 图 1为仪器结构框图， 试验仪设计成一台便携式小 型仪器 ， 整合了备投试验的各项功能 ，由断路器模拟、 保护动作模拟及操作箱状态模拟 、显示和模拟量控制 等几部分构成。仪器采用模块化设计 ， 包括电源模块、 P L C及外设模块、模拟量控制模块和人机界面I 3 I 。仪器 以触摸屏做操作界面， 仪器面板只配以少量按键做断路 器操作快捷键， 全部操作功能可由触摸屏实现。图 2为 仪器面板设计 图。 3 电路设计 仪器采用 P L C为核心元件进行开发 ， 根据需求分 析， 仪器需要 2 4路开关量输入 ， 2 2路开关量输出， 总的 I ／ O点数需 5 0点左右 ， 因此需选用 6 0点 的 P L C， 本 装置 选用了台达DV P - E S 6 0 R， 其主要特性见表 2 。 台达E S ／ E X系列 P LC具有体积小 ， 指令丰富 ， 可方便地连成 网络 来实现复杂的控制， 具有极高的性价比， 适合于多种行 业 现场 的检 测 及 自动控 制 。 表 1 备 自投试验仪功能需求表 开入量输出 f 输出3 台断路器的合臣、分使 开出量输入 3台断路器的舍 、跳 、僳护跳 模拟量控 I 母电玉、纹路 1电匿 显示与操控 一 接缎匡、断路器|[立 置以及备和状态量、 、舍后位、手跳闭锬状态信号； 、 手跳、备投合 、闭锁重舍 信号。 ，I I 母电压， 线路 2电三 呈 按设定逻辑自动进仁试验， 井显示试验结果； 业 应 用 与 交 流 DD I i c a t ion s a n d Comm u n i c a t ion s 自动化技 术与应用 20 1 4年第 3 3卷第 1 0期 表 2 台达 D V P ． E S 6 0 R主要特性表 0 鼓 6 。 可扩 2 5 6 ． 基电器输出 嘿睾喜量4 K S e p s E E P R o ＼ 通苫 内置F , S 一 0 1 与R S - 4 S 通浩口 甍銮、 。 D B A S C R 0 通 t ． 议． 高速瞽 申 葡出 本 装置选 用台达 D O P AS 5 7 B S触摸屏为人机 界面 ， 触摸屏采用串口通信方式与PLC相连接。其主要特性 表 3． 表 3 台达 D OP ． AS 5 7 B S主要特性表 茄住甄苎 j ． ” S级灰熏兰白 分辨率 缟辑软件 3 2 O } 2 4 O S c r e e n e d i t e r 电路图设计包括 PLC外部接 口设计 、模拟量控制 部分设 计 、触摸屏接线及 电源 等。P LC的 I ／ O分 别模 拟 3台断路器和操作箱、以及试验所需的其它状态信号 。 模拟量控制增加了部分继电器进行接点扩展 ， 电源模块 选用 高频开 关电源 ， 2路 2 4 V需 出， 一路给 P L C外设 ， 一 路给触摸屏。触摸屏 P L C采用4 8 5口串行通信 ， 通信协 议为 mo d b u s 。图 3为 P L C部分接线 图。 l 冀 0 仪器软件设计包括 P L C梯形图设计、触摸屏画面 设计 及 P L C与触摸屏 通信设 计等 。 ． ．0 譬 奠 P L C程序编制 有指令和梯 形图等多种方 式 ， 本仪器 采用梯形图编程【 4 1 。程序由断路器模拟、操作箱摸拟、 模拟量控制及保护动作行为模拟等几部分构成 ， 图4为 流程图。装置上 电后进行复位 ， 设定参数， 读取开入和 开 出 ， 根 据 输入 的开 关量变 化 ， 如操 作开 关 、保 护 动作 等 ， 给出相应的状态变化， 并控制输出的模拟量 。 -j 豫摸屏 泛 图 3 P L C控制器部分 电路图 电器 鱼 堡 堕里 堡 篁 查 墨 塑 图4 P L C软件流程图 图 5 触模屏软件流程图 备 自投试验逻辑预置于触摸屏 中， 触摸屏界面包括 主画面、设置界面、自动试验界面、操作 手动试验 界 面 、事件记录和帮助界面等。图 5为画面流程 图。仪 器上 电后触 摸屏初 始化 、与 PL C建立通 信 、然后进入 主画面。经延时后会 自动进入试验界面。试验分为手 动和 自动 ， 手动操作为 自由试验 ， 可任意操作模拟断路 器或置入各种状态量 。备 自投试验逻辑如充 电条件检 验、放 电条件及闭锁检验、整组试验等已固化在触摸 屏试验程序 中， 当用 自动方式时 ， 仪器 自动按预设的逻 辑进行试验 ， 并对动作情况进行记录 ， 对试验结果进行 判 断 。装置 提供 了一个 帮 助界 面供 用 户熟 悉 操作 。进 入参数设置界面 ， 可对有 关试验定值如备投动作时间、 保护重合时间等进行设定。图6为操作画面截屏 ， 图 7 为帮助画面截屏。 图6 触摸屏操作界面截图 图 7 触摸屏帮助界面截 图 自 动 化 技术 与 应 用 2 0 1 4 年 第3 3 卷 第1 0 期 行 业 应 用 与 交 流 n du s t r ial Ap p l i c a t ion s a nd Comm u n i c a t ion s 过硬线和 PL c进行连接。为此 ， 我们新增一个控制从 站 ， 将接 口数据 通过 硬 线接入 新增 的从站 ， 然 后把这 个 从 站挂 在轧 机顺 控控 制程 序 中 。 改造 后 ， 控制 效果较好 ， 完全能够 满足生 产需要 ， 而 且备件能够和其他机组统一 ， 大大降低了昂贵的大仪表 备件费用。 3 ． 2 厚度检测滤波技术 针对吹扫 不好 ， 带材带 出乳化液 ， 测厚仪测量误信号 情况， 对吹扫系统的气源进行了改造， 并在厚度控制程序 中加以补偿修正， 增加 自动厚度控制系统信号保持功能 ， 防止由于误检测原因导致的突发l生断带 ； 对厚度检测信号 采用滤波细化法 ， 有效地防止了厚差信号的波动 、误采 和漏采， 准确实现了干扰信号的滤除； 并对测厚仪本身实 施 8 小时标定， 擦拭快门和探头， 检修时间进行静态测试。 3 。 3 测速无扰切换技术 机组在机前、机后均配置一套激光测速仪和转 向 辊码盘 ， 正常情 况下使用激 光测速 进行控 制 。当激光 测 速仪 出现无效信号 ， 测速不正常时 ， 根据两者的速度 比 较， 大于一定的偏差值时控制系统会 自动无扰切换到编 码器测速进行控制 ， 保证了流量 AGC Au t 0 Ga u g e C o n t r d厚度自动控制 系统的正常运行。 3 ． 4 精心轧制二次料 ， 提高操作人员水平 二次料在轧制时由于存在张力不匹配现象 ， 针对这 种情况， 通过分析和生产经验总结， 发现关键是对第一 道次的压下量 、张力设置和轧制速度的控制不好引起 的。为此对轧制规程进行了优化， 并对生产工艺控制进 行 了严格要 求 。二次料 因为 已经进行 过轧制 ， 存在加 工 硬 化 ， 因此第 一道 次设 置 的压 下量 不 能太 大 ， 应 控制 在 l 0丝以内； 在张力设置上应尽量与原来断带时的张力设 置一样； 关于速度控制， 通过画面历史趋势数据分析 ， 尾 部张力释放时若速度高于 2 m／ s ， 断带几率会非常大， 可 达 8 0 ％左右 。因此 ， 在轧制到 中后部时一定要及时 降速 ， 防止大的震动 引起断带。 4 结束语 通过上述各种断带预防措施的摸索与实施， 得到了 较好 的控 制效果 。到 目前为 止 ， 已经实 现 了轧辊 万吨 无 断带记录， 使断带率降到 0 ． 7 5次 ／万吨， 大大提高了生 产效率和成材率 ， 降低了操作人员的劳动强度。 莱钢冷轧生产线目前成材率的控制还存在不稳定现 象， 还有很大的进步空间 ， 今后要进一步降低断带次数的 发生 ， 提 高产品成材率 ， 提升产品质量 ， 取得效益最 大化。 参考文献 [ 1 ]王廷溥． 金属塑性加工学[ M】 ． 北京 冶金工业出版社， l 9 9 4 l 6 5 ． [ 2 】严开龙， 李宏洲． 马钢冷轧轧机断带原因的分析与对策 [ J 1 ． 安徽冶金， 2 0 0 6 ， 4 3 6 -3 7 ． [ 3 】 刘维， 张松岩． 冷连轧机断带研究【 A】 ． 第四届中国金属学 会青年学术年会论文集[ C ] ． 2 0 0 8 ． 作者简介 王海鹏 1 9 8 3 一 ，男， 工程师， 主要从事 自动化控 制 系统 的开 发 和 维 护 工 作 。 上接第 l 0 4页 把备 自投装置与线路保护屏端子排相关的开入量 和开 出量接线解开 ， 如断路器位置、跳合闸、闭锁开放 量等， 并用试验线对应接到备 自投试验仪上 ， 本仪器所 提供的状态量能满足各种接线方式需要。校验所需的 模拟量 由一台保护校验仪提供， 输入到备投试验仪， 再 由备 自投试验仪输出到备 自投装置。 接线完毕后可开始校验 ， 由仪器模拟电源失压、断 路器跳闸、保护动作等各种状态 ， 备 自投响应后通过仪 器进行显示 ， 完成对备 自投各种逻辑的检验。 6 结束语 备 自投试验仪的研制与使用 ， 实现了在不停电条件 下完成对备 自投的校验工作 ， 解决了备 自投装置现场检 验 的难题 ， 确保 备 自投装 置在 电网发生 事故 时 能正确 、 可靠动作 ， 提高了供电可靠性 ， 具有一定推广价值。 参考文献 【 1 】黄常抒 ， 胡 云花 ． 备 自投装置接 线中的问题及应对措施 ⋯ ． 电力 自动化设备 ， 2 0 0 9 ， 2 9 4 1 4 7 1 4 9 ． [ 2 】丁丽霞， 朱林，马永兰． 备 自投装置出口测试方法的改 进与实现⋯ ． 宁夏电力， 2 0 0 8 ， 2 l 9 2 1 ． [ 3 】闵莹 ， 孔祥军， 经亚枝． 一种变电站 自动化系统通用测控 装置【 J 】 ． 电测与仪表， 2 0 0 4 ， 4 1 4 6 7 4 4 4 6 ． [ 4 】吕品． P L C和触摸屏组合控制系统的应用⋯ ． 自动化仪 表 ， 2 0 1 0 ， 3 l 8 4 5 -5 1 ． 作者简介 钟著辉 1 9 6 6 一 ，男，高级技师， 长期从事继电保 护 研 究 工作 。