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1引言
众所周知变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，由于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重要的作用。但是，现存的许多老式变电站由于存在安全性、可靠性不能适应电力系统实时控制等一系列缺点而无法满足电力系统现代化的各项要求。因此提出一种安全、可靠、能提高电力系统运行、管理水平的变电站综合自动化设计方案已成为一项十分紧迫的任务。目前，已经实际运行的综合自动控制系统有：LAS系统、基于CAN/LON网的分散分布式变电站控制系统等，它们在实际应用中取得了较好的成效，但也存在着技术和经济上的各种缺点。本文在研制智能型有载调压变压器监控系统的基础上，从变电站综合自动化发展的大方向(即从集中控制型向分散(层)网络型发展；从专用设备向平台发展；从传统控制向综合智能方向发展)出发，提出了一种新型的变电站综合自动控制系统结构设计方案，可应用于变电站综合自动控制系统中，有着广泛的应用前景。
变电站综合自动化包括的内容很多，它是将变电站的二次设备(控制信号、测量保护、自动装置及远动装置等)利用计算机技术、现代通信技术经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、控制和协调的一种综合性的自动化系统。以下仅以变压器有载调压监控系统为例，说明PLC分级递阶控制这种结构体系在变电站综合自动控制中是有效、可行的。
2PLC分极递阶控制系统的结构
可编程控制器(PLC)被称为现代工业控制的三大支柱(PLC、机器人和CAD/CAM)之一，具有可靠性高，易于控制，编程使用简单，，环境适应性强等特点，已被广泛地应用于控制领域，在变电站综合自动控制中也已有应用。但是PLC在数据、信息处理与图象显示等方面仍显不足，还无法与计算机相比，因而未能充分发挥其强大功能，一般只是用PLC对开关量进行控制。但近年来随着PLC通信网络功能的不断增强，已可以方便的将PLC与计算机连接。利用计算机运算速度快，信息处理方便，显示性能高的优点，将其作为上位机，行使管理功能，与PLC形成一个优势互补的分级递阶控制系统。这样，PLC就可以执行复杂的控制职能，从而可以对变电站进行优综合控制。
分级递阶控制思想的实质是将一个大的控制系统按功能或结构进行层次分配，将全系统的监视和控制功能划属于不同的级别去完成，各级完成分配给它的功能，并将有关信息传递到上一级，接受上一级管理。综合控制功能由高一级决策执行，各级的工作相互协调，力求整个控制系统达到佳效果。
分级递阶控制依据“层次越高，智能越高，控制精度越低；层次越低，智能越低，控制精度越高”的拟人的原则进行设计。基于PLC的分级递阶控制系统共分为三级：组织级、监控/协调级和执行级。其系统结构框图如图1所示。
(1)组织级(Organization Level)这是整个系统的，其智能程度高，执行组织管理决策的智能，对下进行指导和监控。该级对上通过人机接口与管理人员进行友善的人机对话，执行管理决策的职能。对下监视、指导协调级的所有行为。其智能程度高，但精度不高，宜粗不宜细，以便进行宏观指导。该级还可以根据实际生产过程和环境等信息，采用人—机结合的方式自动或半自动的提出合理的控制目标或指标，形成相应的命令或任务向低层下达。这部分通常由高功能的计算机来完成。
(2)监控/协调级(Coordination Level)该级主要根据组织级的命令协调下位PLC的运行，避免下位PLC发生冲突，并将下位PLC的信息传输到上位计算机。监控/协 调机既可以是工业控制计算机也可以是主PLC或PLC终端，可根据控制要求进行选择。
(3)执行级(Executive Level)这是控制系统的低级，执行现场控制功能，是自动控制系统中控制的关键级。该级智能低，但可靠性、控制精度和实时性要求高，因而PLC正是佳选择。同时，该级的PLC可通过现场总线与上位的监控协调级连接进行实时的在线控制和协调。现场总线技术一般采用塌陷结构，使用开放系统互连(OSI)参考模型的低层协议，因而结构简单，实时性强。
上述结构，利用计算机运算速度快，信息处理功能强大的优势，使计算机集中管理各控制子系统，对现场信息进行综合处理，给出优解决方案。同时，控制级计算机可以通过局域网与其它计算机相连，既可以实现资源共享，又可以使不同系统在统一调度下，协调工作，减少资源浪费。下位PLC或远程工作站分散后进行连网，这样，执行级各控制器件就可在现场实现分散控制，并通过网络将信息传递到上位控制机，使上位机进行集中管理。即使下位PLC或远程工作站个别设备出现故障，也不会导致整个系统的瘫痪，整体性能好，运行可靠。
3PLC分级递阶控制系统在变电站综合控制系统中的应用
当前，已有变电站将PLC引入控制系统中，但是仅仅利用PLC对开关量进行控制，如对有载调压变压器分接开关的调节，并联补偿电容器的投切等。远没有充分发挥PLC的强大功能。
3.1在变电站综合控制系统中PLC分级递阶控制系统的结构 ; 利用本文上面提到的分级递阶控制结构，我们可以按照三级机构设计变电站综合控制系统。
(1)组织级的设计
组织级是本系统的，承担着优决策的功能。当前变电站综合控制大部分仍是按照传统的九区控制方法，利用电压和无功功率双参数将变电站运行状态分为九个区，根据各个区所对应的控制方案进行调节。但是，在该控制系统中，无功调节判据是一个与电压无关的平行于电压坐标轴的固定边界，没有充分考虑无功调节与电压调节相互间的协调关系。根据“保证电压合格，无功基本平衡，尽量减少调节次数”的变电站电压和无功综合调节的基本原则，无功调节边界应当是一个受电压状态影响，且在一定范围内服务于电压调节的模糊边界。因此，我们对传统的控制策略也作了改进，引入了无功调节判据,提出了模糊边界的无功调节。基于电压与无功的相互影响,对电容器组的投切判据建立如下数学模型。
式中：U0为标准电压；Q0为每组电容器的容量；U为电压实时值；Q为实时功率值；α1，α2为权重系数。
根据上面推导出的数学模型，可以得到修正后的电压无功双参数调节的模糊边界,如图2所示。
我们利用计算机进行模糊推理，得到优控制策略，形成控制规则表，将其传递到下级进行协调控制。同时该级为操作人员提供了良好的人机界面，将电压、电流、有功、无功等信息以曲线图、柱状图等形式实时反映出来，并且在出现异常情况时可进行声光报警，使操作人员可以及时全面的了解系统运行情况，并可对生产过程进行调节和控制。该级计算机装有专家知识库，在变电站内出现故障时，可在专家系统的引导下，尽快解除故障。定时召唤打印功能和无人抄表功能可以方便的使变电站综合控制实现无人职守。根据各变电站的实际运行情况和不同时段的电压、无功波动情况，还可以通过控制级计算机设定电压整定值和灵敏度参数，而且根据控制要求还可以由功能按钮直接对有载调压变压器的分接头和补偿电容进行控制，以进一步增加控制的灵活性。
该级的计算机还可以通过Ethernet、ARCNET等局域网进行联网，实现信息共享，对某一区域进行综合控制，这样既可以从整体上进行控制，更有利于提高整个地区的供电质量，还可以减少资源的浪费。
(2)监控/协调级的设计
该级的主要功能是完成组织级下达的命令，负责执行级PLC的协调工作。该级可由计算机或主PLC
构成，随着PLC性能价格比的不断提高，一般变电站的监控/协调级都可由主PLC承担。在变电站中，多变压器的同步调节主要由该级负责，同时它还负责执行级现场信息的传输，在整个分级递阶控制中起着桥梁作用。
在小型的变电站中，为了节省投资，也可以将组织级和监控/协调级集成在一个高性能的计算机中。
(3)执行级的设计
执行级的智能程度低，但控制精度和实时性要求高。由于变电站电磁干扰严重，常规的控制器件难以达到jingque控制，因而可靠性高、实时性好、性能价格比高的PLC是佳选择。由于PLC与计算机联网。
1 引言
机修分厂的B2010A型龙门刨床被用于加工汽轮机的缸套等。该设备使用日久，出现了精度降低，调速性差，生产效率低等问题，故急需对其进行改造。考虑到原有设备与加工要求调速比达到20：1以上，可用于刨、铣削，静差度小于10%，切削力恒定、平稳、冲击小，刀具切入切出时自动减速，功耗低，安全可靠、易于维护等要求。决定采用全数字直流驱动结合PLC的改造方法。
2 原刨床的基本情况
2.1基本结构
龙门刨床包括，床身、工作台、横梁、左右垂直刀架、左右侧刀架、立柱、龙门顶等。
2.2工作过程
龙门刨的刨削过程是工件与刨刀相对运动。因此工作台与工件必须频繁地进行往复运动，切削加工只在工作行程中，返回行程只是空转。在切削过程中没有进给运动，只有在返回行程中才有刀架的进给运动。其中，工作台与工件间的往复运动称为主运动，横梁、刀架的运动称作辅助运动。
2.3运动特点主运动的速度图 如图1所示
其中0-t1工作台前进起动阶段
t1-t2刀具慢速切入阶段
t2-t3加速至稳定工作速度
t3-t4工作速度阶段
t4-t5减速退出工件阶段
t5-t9返回阶段
慢速切入切出，即防止崩坏工件又可以提高刀具使用寿命。高速切削、返回以提高加工效率。
2.4传动系统
该龙门刨采用K—F—D（发电机组电动机）调速系统交流电机拖动直流发电机再拖动直流电动机，由交磁放大机控制发电机的励磁系统，结合机械传动，达到20:1的机电联合调速系统。进刀机构采用进刀继电器控制进刀，由于继电器控制时有粘连发生使加工精度下降。
3 直流驱动系统
3.1直流调速的优越性
全数字直流调速系统调速范围可达40:1，更换不同的工作组件就可使刨床用于刨、铣一机两用。为提高加工精度，工作台的速度不随切削量的变化而变化，静差度小于3%，自动调速，达到速度曲线的要求提高加工质量与效率。
3.2设备组成
作台的主运动只需一台45KW的异步电机经直流调速驱动，实现无级变速。工作台换向制动利用直流驱动自带的能量反馈装置，使制动速度快，能量又反馈到电网中。垂直刀架和左右测刀架采用PLC控制，使进刀量准确，提高加工精度。
3.3组成框图
系统以PLC为控制核心，组成如图所示
4控件选配
驱动器选用的是英国CT公司生产的全数字式直流驱动器M420R，具有逻辑控制，自动保护，反馈制动等功能，PLC采用西门子S7-300系列。
.4.1动参数设置
在设计中考虑到各种保护电机的过载，过压等保护，设置驱动参数的时，需要设置电机额定电压，额定电流，励磁电流，控制方式等参数。现就列出部分常用参数仅供参考
5 PLC应用程序的设计
控制部分采用PLC可编程控制器控制，其功能强、速度快、接点数少、可靠性高等特点。硬件连接好，插入存储卡到中央处理器中，建立计算机和中央处理器的通讯。开始对系统进行PLC程序调试，要求对系统作一次（PLC）总清或总复位。PLC总清完成后，PLC程序即可进行调试。本次设计所选用的PLC是SIMATIC S7-300。故而调试软件为STEP 7。
5.1 S7-300硬件组态
S7-300硬件组态在硬件配置窗口中完成。光标点击STATION目录级，选择“Hardware”图标，进入硬件配置窗口。
（1）组态 在硬件组态的站窗口中分配机架，可分布式I/O，可以从硬件目中选择部件。
（2）参数分配 建立可分配参数模块的特性，如：启动特性，保持区等。
（3）设定组态 设定好的硬件组态和参数分配，需下载到CPU中去,选择菜单“PLC” “DOWNLOAD”。
（4）实际组态 已存在硬件中的实际组态和参数分配。可以从CPU直接上传到PC。选择菜单“PLC” “UPLOAD”。
5.2 PLC基本程序
西门子提供了一些PLC基本程序，用户可以根据实际情况调 这些标准块即可，而被系统占用的功能块不能再被编辑,基本程序项目库由组织块（OB），功能（FC），功能块（FB）三种逻辑块和数据块（DB）构成。OB1为CPU循环扫描时间内唯一扫描的主程序，FC或
FB被CPU执行的条件是必须是在组织块（OB）中被调用，同时FB和FC也能实现子程序的嵌套。FB与FC的区别在与它们的变量声明表中能够定义的参数类型不同。当FC的程序执行完成后，FC的参数不能被保存；当FB的程序执行完成后，FB的参数能被保存。在OB1中调用FC时，只需直接调用，如：CALL FC1；而调用FB时，必须为其分配一个背景数据块，用来保存FB的参数，如：CALL FB1，DB7。背景数据块的数据格式与相应FB的变量声明表的数据格式相同，不允许用户进行修改。
5.3 用户基本程序
PLC程序的编制全部按照正逻辑的设计，即不论物理信号是高电平还是低电平有效，逻辑“1”表示信号有效。所有物理输入输出信号都需经过逻辑处理好，才能进行逻辑运算，也就是先要定义输入输出的信号有效和输入输出信号的逻辑，再将输入输出的物理信号和逻辑参数异或，其结果与有效参数（使能参数）与，后送入输入输出缓冲区中。现就工作台的运动控制为例加以说明。
6结束语
在整个机床的改造过程中涉及到了许多测试，调试的问题，在硬件设备安装好后有进行了许多调试工作。PLC程序的编制综合考虑了工艺与加工要求的问题，驱动器的参数设置也需考虑具体的加工要求。
