西门子模块6ES7231-7PB22-0XA8库存充足

引言

    随着国民经济的发展，电网容量和用电负荷的日益增长，电力系统对自动化和可靠性的要求越来越高。近十几年来，由于微处理器技术和通信技术的发展，在电力系统自动化方面形成了许多基于微处理器技术的单项自动化系统，随着这些系统的不断增加，许多本该共享的数据，仍然还是各自采集和分别处理，形成了一个个“自动化孤岛”，它不仅增加了不少软硬设备投入，同时也很难保证各装置数据的一致性。随着网络技术的发展，80年代末期，国内外就开始注意着手解决“孤岛”间题，就是在站内全面应用计算机技术，充分利用信息资源以达到tigao系统可靠性和利用率的目的，即所谓的“系统集成”。集成包括横向的功能集成，也包括纵向的各层面向对象的集成，因而推动了开放式系统平台的出现。

    开放式系统平台意味着系统各部分设备提供符合的各种接口，计算机之间的数据共享，以及提供给用户的通用友好界面等。“平台”思想因其良好的标准化和开放比，越来越降遍地为大家所接受。

    电力系统自动化对可靠性的需求，使人们注意到“PLC”（可编程逻辑控制器）这种高可靠性和强抗工业干扰的技术。90年代以来，PLC发展迅猛且应用的局域网技术日趋成熟，产品不断向系列化、标准化发展，在自动化控制领域中，新一代的PLC改进为PCC(ProgammableComputerController）已逐渐跃居主导地位，成为实现自动化控制的关键技术，在电力系统也不例外。

    PCC是新一代“可编程计算器控制器”，是专为在工业环境下应用而设计的数字运行电子系统，采用“面向用户的指今”,因此编程方便；它直按应用于工业环境，具有更强的抗干扰能力、更高的可靠性、广泛的适应能力和应用范围；大容量的存储能力、标准通信接口，基于过程总线的系统互联、语言开发和运行环境，自诊断能力，都使得PCC为变电站自动化提供了出色的友好“平台”。

    PCC在变电站自动化中的应用

    下面介绍应用PCC实现的智能分布式系统运用于某供电局的一个110KV变电站的例子。系统按分布式结构设计，采用开放系统、分层控制等先进的计算机设计思想，将计算机技术、通信和网络技术、数据库技术、图形和图像技术、多媒体技术、数据采集和自动控制技术有机地结合在一起，技术成熟，运行经验丰富，能够满足近期的功能要求和远期的发展需要。整个设计遵照国际90年代IEC1000系列标准，满足ISO900l。从现场投运以来，运行稳定，技术趋于成熟。

    ●系统容量（包括远期规划）

    AI=188

    DI=256

    DO=40

    PI=96 

整体系统配置图    

监控部分PCC模块示意图   

变电站自动化系统结构示意图

    首先，上位机和网关单元组成智能分布式系统结构的变电站层。上位机通过PROFIBUS网络与三个主要PCC采集控制单元（ST1,ST2,ST3）相连，上位机相当于PROFIBUS网上的一个结点。PROFIBUS(ProcessFieldBus)网络是一种高速数据链路，是具有标准通讯能力的开放式现场总线，用于PCC与PCC之间，或与其它接到本网络上的智能设备（如显示单元PANELWARE，上位机等）间传送数据和系统状态。网络协议符合德国国家标准DIN19245，传送介质为带屏蔽的双绞线（或光缆），通道存取方式为令牌（TOKEN）方式，在网络上任一结点地位平等。

    上位机既可以单机运行，也可以采用多机及网络方式运行；软件平台采用32位多任务、多进程设计，可支持bbbbbbs95/98/NT操作系统软件，配有多种应用软件接口，并支持OEM开发，为用户提供了二次开发平台；硬件平台可采用小型机、微型机或工作站等设备。

    网关单元ST1上的IFO5O通讯模块以及CPU内部均提供RS485接口与继保单元相连。网关单元还提供与外界进行通讯的接口，如RS232口通过拨号MODEM接入市话网，以便于远程诊断；或者经路由器接入TCP/IP远程网。

    若用户具备与internet连接的条件，变电站层还可以提供PVI浏览器方案，实现远方读取数据。

    其次，PROFIBUS网上的各采集控制单元组成智能分布式系统结构的采集层。

    遥测实行交流采样，遥测主单元ST3通过net2000与两个遥侧子单元相连，利用CP153上的RS485串行口通信。远传功能通过IF060提供的RS232串行口来实现。

    电度量通过遥测子单元1上的DIXXX模块采集脉冲计数来实现。

    遥信／遥控单元实现数字量的采集和输出控制。

    第三，智能分布式系统结构的外围层为设备层，包括采集层用到的传感器、二次控制回路等。

    设备层根据现场总线(CANBUS，PROFIBUS）网络传输速率快（>=50OkbS)，软硬件实现简单等特点，可以CANBUS（上述实例是通过RS485等）来连接变电站内的其他自动化装置和保护单元、故障录波、馈线子站及无功补偿设备等的主干网，并通过现场总线网络连接到采集层，与上一层进行必要的数据通讯。

    本实例系统的CPU、专用的网络模块（NW150）和通讯模块（IFXXX）提供了多种标准通信接口(TTY，RS422,RS232,RS485)，使得CPU的局部I/0总线扩展、远程扩展I／0（通过RS485电缆）以及CPU间的现场总线组网非常灵活，从而方便地实现系统纵向或横向集成。系统软、硬件方面良好的自诊断功能，可把故障范围减至小。又由于PCC的CPU采用68000＋RISC的32位微处理器，具有极强的运算处理能力，可使大量运算、控制功能、保护功能分散在各智能单元，大大tigao了站内通信网的利用率，使整个系统效率达到高。

    本系统具有可扩充的模块化结构、电源、CPU、网络板（NWXXX）、I／O板（数字量输入输出板DIXXX/DOXXX、模拟量输入板AIXXX等）、串口板等都是独立的模板以总线方式连接在底板(BASEPLATE)上，它取代了标准的框架装配的局限性，可在标准的DIN轨道上任意拆装、组合。

    另外每个单元都有一电源模块PSXXX，并且总在左边。系统电源是系统可靠性与完整性的保证，PCC的输入电压有AC、DC两种，可实现交／直流切换。

    发展前景

    从上例可以看出，继承了PLC与微机技术的PCC技术形成的代自动化软件硬件平台结构，具特点包括：

    ●高可靠性的元件、适应于工业环境运行的设计。

    ●采用32位CISC和RISC的CPU，大容量存储器，实时操作系统、支持计算机网络通讯、

    采用语言编程和梯形图逻辑设计的标准软件硬件平台。

    ●高效率的标准现场总线PROFIBUS、支持Peer-to-Peer的网络通讯方式和分布式处理，实现

    当地通讯，标准化软硬件模块设计，减少电缆，降低建设投资和运行维护费用。

    ●配置灵活，容易在线扩充修改。

    ●易于实现横向纵向功能集成，达到实时信息的全局共享，实现白动化。

    ●应用软件开发的支持，不仅适合稳态的数据采集，也适合瞬态信号的采集。

    ●本地／远程诊断。

    开放式系统平台是当前变电站自动化发展的方向。由于综合需要，网络技术、通讯协议的标准、分布式技术和数据共享、新的算法的研究以及随之而来的经济效益的研究等是当前变电站自动化研究的热点问题。PCC应用为变电站自动化提供了广阔的前景。现代的PCC与微机的发展相互渗透，已是一种可提供诸多功能的成熟的用户应用控制系统，而不是一种简单的逻辑控制器，它已被开发出更多的接口与具它控制设备进行通信、生成报告，多任务调度，可诊断白身故障及机器故障，这此优势使PCC可以实现各种变电站运行、分析与控制功能，符合当今的变电站自动化系统及站内自动化设备的高要求。利用PCC和现场总线局域网络组成变电站自动化系统不仅满足变电站对系统的功能结构要求，而且具有很高的性能价格比，是值得进一步探讨的一种可行性方案

5.3.1 运行：当超滤水箱水位高于低液位，阻垢剂计量泵自动位，还原剂计量泵自动位，超滤/反渗透冲洗泵选择开关自动位，反渗透水箱的水位低于70%时，反渗透装置自动投用。

　　5.3.2备用：当反渗透水箱的水位达到高液位，或者超滤水箱的水位低于低液位时，反渗透装置自动退出到备用状态，同时停高压泵

　　5.3.3反洗：当系统停运后，并且超滤不在反冲时，超滤/反渗透反洗泵自动开启，开启浓水阀，开始反洗。


　　5.4电动阀的控制：

　　生水箱进水阀、蒸汽切断阀是电动开关阀，控制方式分为机旁和远程控制两种方式：机旁控制是利用选择机旁的启动或停止按钮，通过PLC发出启动或停止信号；远程控制是操作人员在监控室根据画面上的启动或停止按钮进行点击操作。


　　6 .关键控制技术方案的实现

　　6.1变频调速控制：

　　变频调速控制技术（variable velocity variable frequency control technology）基本原理是根据电机转速与变频器输入频率成正比的关系：n=60f(1-S)/p (式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数)；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。

　　在对生水泵、反渗透水泵和除盐水泵的变频控制中，实现了对出口压力的过程单回路控制，能及时控制参数偏差，确保生产工艺设备稳定运行。


PID逻辑控制示意图如下：采用变频调速技术后，变频器具有手动/自动转换功能，可根据实际生产进行转速的变化。同时，电机水泵的转速普遍下降，减少了轴承的磨损和发热，延长水泵的使用寿命，降低了设备维修费用。


　　6.2 雷达式液位检测控制：

　　现场水箱采用VEGAPULS雷达式液位计，主要对生水箱、超滤水箱、反渗透水箱和除盐水箱进行液位测量。液位计采用脉冲微波技术，可以在极短时间内对水箱内的液位进行jingque测量和控制。控制流程图为：雷达液位计采用一体化设计，在测量时发出的电磁波能够穿过真空，不需要传输媒介，具有不受大气、蒸气、槽内挥发雾影响的特点。采用非接触式测量，不受槽内液体的密度、浓度等物理特性的影响。测量范围大，大的测量范围可达0~35m，可用于高温、高压的液位测量。参数设定方便，可用液位计上的简易操作键进行设定，也可用HART协议的手操器或装有VEGA Visual Operating软件的 PC机在远程或直接接在液位计的通信端进行设定，十分方便。


　　6.3 反渗透水处理自动控制：

　　反渗透水处理自动控制技术是一种高科技的水处理技术，在运行过程中实现自动运行和手动操作无扰动切换。系统引入控制脉冲数偏移量函数的多级模糊控制算法克服了普通模糊控制器连续变量模糊化为有限的离散值所造成的精度低的问题。加入后对清除稳态误差与稳态震颤现象的效果明显；加上多级自修正量化因子和比例因子，可明显tigao系统快速性，且系数修改无复杂运算，便于在PLC上实现。


　　 控制原理图见图11：6.4 水质在线检测技术

　　水的污泥指数测定是一个非常有效的水质在线检测技术，通过测定原水，多介质过滤、活性碳过滤前后，离子交换前后等取样点的SDI及FI值，可以有效的监控水处理系统运行，可以判断各个工艺步骤是否正常。SDI值越低，水质越干净.进水水质、水量时刻在变化，是一个复杂的、大滞后多变量参数的动态非线性系统。机理复杂，难于建模。采用RBF人工神经网络技术可以较好的实现在线实时地监测进水水质参数,RBF是三层结构：输入层、隐含层和单数输出层。控制原理图见图12。在除盐水处理过程中，测量进水淤积指数SDI是重要的水质处理参数，输出层选SDI参数，输入量个数要与SDI输出有密切相关的参数变量，如PH值、电导率、碱度、反应时间，进水liuliang等,采用RBF神经网络的软测量技术，在实际应用中计算速度快，能够在线查看，更好的达到实时检测的目的。　7结论

　　除盐水项目于2006年底改造，通过过滤器、反渗透装置及阴阳离子器等阶段的调试，于2007年3月正式投入运行。运行后效果良好，目前生产稳定，日产合格水多可达2000吨，完全达到了预期的设计要求和生产目标。实践表明，该监控系统的投运，有效地tigao了除盐水站的生产水平及供水机组的自保护功能，自动化控制程度的大大tigao，也使得生产操作更加简便，工人劳动强度小，基本无环境污染和出水水质稳定，在降低能耗、高产稳产、安全生产、保护环境等方面发挥了重要作用。

　　西门子S7-400自控系统的使用，极大地tigao了全站的自动化水平，为该站的控制设备并入区域网络控制系统，实现生产管理的远程监控做好了有利准备。

一、超声波物位计没测量水位概况
　　拦污栅位于进水口前，其作用为拦住杂物，防止杂物进入水轮机蜗壳，影响机组正常运行。机组长期运行后，必然导致拦污栅前渣滓堵塞，使栅前、栅后水位产生差值，对栏污栅形成一定的水压力。当压力超过拦污栅所能承受的限度时，将发生拦污栅压塌的重大事故。为避免该事故的发生，水电厂一般采用测量拦污栅前、后水位差，来判断拦污栅目前承受的压力，是否超出警界线，来决定是否需要排除拦污栅前渣滓，缓解拦污栅所承受压力。
　　田坝电站位于云南省漫湾发电厂大坝左岸，装有一台105MW的混流式机组，在汛期利用漫湾发电厂的弃水发电，在系统中承担腰荷。由于其进水口位于江水拐弯处，容易聚集江水中漂来的渣滓，又由于离漫湾发电厂表孔泄洪门较远，渣滓不容易排走，而长时间滞留于进水口门拦污栅前，造成堵塞，使得栅前、栅后水位产生差值。对拦污栅形成较大的压力。电厂必须对该压力进行实时监测，防患于未然。但目前拦污栅水位测量准确、可靠性低，实际运行中，需要运行班人员定期到现地测量。这样既不能达到实时监测，又给“无人值班，少人值守”的电站提出了一个严峻的问题。
　　带着问题，我们进行了大量调研，目前水电站多采用浮子式液位计或投入式液位计来进行水位测量。其缺点为：测量精度低，不可靠，经常出现浮子卡死不动和传感器堵塞导致测不准；维护工作量大，安装、调试不便，采集到的仅是模拟告警信号，不能直接进入电厂计算机监控系统。对无人值班电厂不实用。
　　我们对拦污栅水位测量系统进行了反复对比，优化得出后的方案设计，采用超声波物位计对栅前、栅后水位进行实时准确监测，用PLC对采集量进行处理。并且把实时水位和压差数据送到中控室，显示和越限报警。同时采用RS422/RS232接口，又把实时数据送到大坝集中控制室工控机，处理成计算机通信报文，终将采集量送到电厂计算机监控系统上位机。
　　该项目实施后不仅满足栏污栅栅前、栅后水位及压差的多点实时监测，及报警功能，而且结束了拦污栅测量系统独立工作，无法与电厂计算机监控系统通讯的局面。实现与闸门系统的监视功能、控制功能以及故障时ON-CALL寻呼系统功能的集成。满足了无人值班电站的需要。该技术在云南省电力系统还是家。
今后，我们打算将拦污栅栅前水位（即坝前水位）送给水轮机调速器系统，实现自动调整水头，使机组在优工况下运行。

二、超声波物位计测量水位的原理以及安装要求
　　超声波物位计工作时，高频脉冲声波由换能器（探头）发出，遇被测物体（水面）表面被反射，折回的反射回波被同一换能器（探头）接收，转换成电信号。脉冲发送和接收之间的时间（声波的运动时间）与换能器到物体表面的距离成正比，声波传输的距离S与声速C和传输时间T之间的关系可以用公式表示：S=　CⅹT/2
例如：声速C=344m/s，传输时间为50ms，即可算出传输的距离为17.2m，测定距离为8.6m。
系统如下：

如上图可以看出新系统由超声波物位计（两个换能器和一块控制表）、数模转换模块（型号为：FXON-3A）、可编程控制器（即PLC）、七段管码显示器和两块“上润”仪表组成。具体工作原理如下：

物位计具有强劲发射力的换能器，微处理器程序控制，智能信号处理技术，可实现多种典型工况软件处理模式，使物位计能适应固体、液体、粉尘、蒸汽、泡沫等复杂工况。红外线遥控编程调节、操作简单方便，并带有液晶显示。物位计可以配单通道、双通道、多通道三种型号控制表，各种控制表都有各通道相对应的4　-　-20mA的电流信号输出。　
　　安装换能器时应使换能器发出的声波垂直于被测物体，使换能器能接收到较多的物体反射回来的声波，使测量更jingque。在被测物体与换能器之间不能存在任何物体，以免使声波被遮拦物反射给换能器，造成实测距离为换能器与遮拦物之间的距离。另外，为防止电磁干扰，换能器到控制表之间的传输线务必使用屏蔽电缆。　

三．可编程超声波式拦污栅水位测量系统在田坝电站应用产生的效果
　　用超声波物位计测量大坝水位目前在国内尚不普遍，技术上尚无经验可以借鉴。在这样的情况下，我们充分利用PLC与超声波物位计这一领域的先进技术，按照总体规划，长远考虑，一次到位，避免重复改造，重复投资的这一原则，对该项目进行自行设计，全面顺利地完成了这一课题。在该领域取得了较有价值的经验。为目前我国国内水电站实现对大坝水位监测系统提供了一个可以借鉴的范例。
　　目前能够成功实现拦污栅水位远方实时监测的电厂并不多，漫湾发电厂的这一课题项目已实现这一目标。从应用的效果看，能够满足电厂对拦污栅栅前、栅后水位及前后压差的实时监测和报警。tigao了防洪渡讯的应变能力和坝区水位控制的自动化手段，该项目在国内处于先进行列。
　　可编程超声波式拦污栅水位测量系统投入2万余元，在云南省漫湾发电厂田坝电站使用中,已取得了很好的效益。杜绝了过去由于值班人员在中控室不能实时监测压差，造成当压差快越限时，不能及时调整机组和闸门的运行方式，使得压差继续增大，被迫停机清渣，给企业带来经济损失，和拦污栅压塌的事故隐患。

四、结束语
　　可编程超声波式拦污栅水位测量系统研制成功及运用,tigao了漫湾发电厂田坝电站的运行可靠性，安全性。将进一步tigao漫湾发电厂自动化水平，为防洪渡汛提供技术支持，为进一步巩固无人值班（少人值守）奠定了基础。