西门子6ES7277-0AA22-0XA0技术支持
随着国家智能电网相关政策的试行，可再生能源的开发利用及分布式供电已渐渐成为燎原之势，即将进入快速发展阶段。为保障分布式发电这一新的发电方式可靠运行、高效利用、优化配置，对微网系统的深入研究至关重要。微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。既可以与配电网并网运行，也可以与配电网断开孤立运行。
本文阐述的微网能量管理系统的研究工作目标是通过开展微网能量管理系统及其应用方案的研究，摸索微网各种分布式发电的特性，寻找优化微网能量分布策略，为智能电网建设计划提供有力的技术支持。本文的研究内容主要包括微网能量管理系统的组成、微网能量优化控制策略等。
2 、系统构架
微网是中国发展可再生能源的有效形式。一方面，充分利用可再生能源发电对于中国调整能源结构、保护环境、开发西部、解决农村用电及边远地区用电、进行生态建设等具有十分重要的意义。另一方面，中国的可再生能源的发展潜力巨大。
微网在提高中国电网供电可靠性、改善电能质量方面具有重要作用。在大电网的脆弱性日益凸显的情况下，将地理位置接近的重要负荷组成微电网，设计合适的电路结构和控制，为这些负荷提供优质、可靠的电力。
微网引入后，配电网的辐射状网架结构将改变，线路的潮流可以双向流通。而且微电源大部分是通过逆变器接入的，大量的电力电子设备的引入，将使短路电流受到限制，通常不超过额定电流的2倍。而且微网可以在和配电网并网运行也可以孤网运行，因此如何在两种工况下都能对微网内部故障做出响应以及在并网的情况下快速感知大电网故障，同时保证保护的选择性、快速性、灵敏性和可靠性，是微网保护的关键和难点。
微网灵活的运行方式和高质量的供电服务需要有完善与稳定的控制系统。微网的控制应该基于本地的信息对电网中的事件做出自主反应，例如，对于电压跌落、故障、停电等，发电机应当利用本地信息自动跳转到独立运行方式，而不是像传统方式中有电网调度统一协调。
微网能量管理系统主要是对微网系统内分布式电源、负荷、微网系统的执行元件、智能电表等设备的实时数据采集和控制，针对微网能量管理系统的组成、设备特性、通信方式等，可以根据不同构成形式灵活配置功能。本文基于现代先进的控制思想，采用以和利时PLC为主的集中与分散相结合的计算机控制系统，它集成了当代计算机技术、高性能控制器及智能化仪表的各自特点于一身，使其在微网系统的运行管理方面发挥了巨大的作用。
在本文所介绍的系统中，由可编程序控制器(PLC)、智能电表、微网系统的执行元件等组成检测控制系统——现场控制站，以控制分区为对象，具有独立的区域监控能力，能接受中央控制的调控，但不依赖中央控制的存在，对微网系统各部分进行分散控制;再由中央控制室，对整个系统实行集中管理。现场控制站根据微网系统所在构筑物的平面分布，设置在控制对象和信号源相对集中的区域。
监控系统网络采用客户/服务器模式，光纤网，客户/服务器(Client/Server)模式的分布式实时关系数据库，100Mbps传输速率，全双工通信，网络传输介质有光缆、通讯串口电缆，主网络系统布线、子网络系统布线统一考虑、综合利用，配置网络操作系统及相关应用软件。
图2-1 监控系统结构图
各现场控制站的现场集中监控部分——和利时LK系列PLC与中央控制室之间由工业以太网进行数据通信，通讯介质为光缆，通讯采用MODBUS TCP标准协议，其中LK系列PLC作从站，操作员站电脑作主站;现场控制站的集中监控部分与远程分散监控部分——和利时LM系列PLC之间也由工业以太网进行数据通信，通讯介质为双绞线或光缆(视距离远近而定)，通讯也采用MODBUS TCP标准协议，其中LK系列PLC作主站，LM系列PLC作从站;现场控制站的远程分散监控部分与现场检测电表进行数据通讯，通讯介质为RS-485串口通讯线，通讯采用MODBUS RTU标准协议，其中LM系列PLC作主站，智能仪表作从站;另外PLC与微网系统的执行元件单元采用24VDC电压数字信号及标准4~20mA模拟信号通讯，通讯介质为控制电缆及信号电缆;中央控制室中的操作员站与电网管理中心再通过电力骨干网进行通讯，将现场采集到的数据信息存放到中央数据库中CONTROL ENGINEERING China版权所有，以供备份和分析使用。测量仪表是具有微处理器的智能设备。
系统结构图如图2-1所示。
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。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改名为PCC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（ProgrammableComputerController）是一种可编程计算机控制器，它是专为在工业环境下应用而设计的工业计算机，采用“面向用户的指令”，因此编程方便；它直接应用于工业环境，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在电力系统的应用具备了出色的友好“平台”。
1.PCC系统CPU的特点
继承了PLC与微机技术的PCC技术形成代自动化软硬件平台结构，采用32位CISC和RISC的CPU，多处理器结构。图1为本系统所用的CPU模块结构。图中除了主CPU外，I/O–Processor即I/O处理器主要负责独立于CPU的数据传输工作。DPR-Controller即双向口控制器主要负责网络及系统的管理。一个模块上的3个处理器，既相互独立，又相互关联（通过DPR），从而使主CPU的资源得到了合理使用，同时又大限度地提高了整个系统的速度。
图1CPU模块结构
近日，台达集团宣布即将推出PNP输出机型DVP12SS211S可编程控制器，这标志着台达DVP-SS2系列第二代超薄型主机再添新成员，其产品线也愈加丰富齐全。作为台达集团的新力作，DVP12SS211S除继承了DVP-SS2系列产品主机体积小、指令丰富、控制等优势外，更在宽温控制，智能模拟以及耐振动等方面有着突出的表现，是一款极具超高性价比超薄型PLC产品。
DVP-SS2系列提供12～14点PLC主机，具有丰富的指令集和8ksteps的程序内存，可连接薄型全系列I/O模块，具有数字输入∕输出和模拟模块(A/D、D/A转换及温度模块)等功能，尤为值得一提的是，其大输入∕输出扩充点数竟不可思议高达480点，这是也该款产品大亮点之一。
DVP12SS211S通过了UL508、EuropeancommunityEMCDirective89/336/EECandLowVoltage、Directive73/23/EEC等认证，在耐振动／冲击方面，DVP12SS211S更是通过了严格的IEC61131-2,IEC68-2-6(TESTFc)/IEC61131-2&IEC68-2-27(TESTEa)规范。严格的标准必定带来高质量的产品，DVP12SS211S在宽温控制上表现优异，其操作环境为0ºC～55ºC(温度)和50～95%(湿度)，储存环境更是扩大到-25ºC~70ºC(温度)和5~95%(湿度)。
与DVP-SS2系列其他产品一样，DVP12SS211S采用了免电池设计，其PLC程序与停电保持数据皆运用高速闪存储存。此外，DVP12SS211S还具备直流输入电源极性反接保护，有效保护了产品安全，而四个10kHz的高速脉冲输出以及体积小、易安装等特点又极大满足了一些特殊行业的应用需求。
对于众多的PLC初学者而言，大家都会深深的记住师傅的一句话：急停按钮常闭点接入PLC。没错的，但是有的时候大家在调试设备的时候会发现如果将急停按钮旋开设备不会有输出，拍急停之后就正常了，这与我们的期望恰好相反，这是为什么呢？
急停按钮常闭点接如是在特定情况下的，即急停点作为复位信号接入PLC相关指令的时候是常闭点接入。例如西门子指令当中的RS触发器指令，我们常常使用急停点作为复位信号之一。大家可以考虑一下，硬件按钮的红色端（就是常闭点）接入了PLC的DI，在PLC的梯形图当中我们也用的常闭点。那么我们在系统上电的时候PLC的急停DI点就会得电，那么对于梯形图逻辑而言常闭点就会断开，这样我们就隔离了复位信号。当我们需要急停的时候，拍急停按钮，物理上的常闭点就会打开，梯形图逻辑上打开的常闭点就会重新闭合，这样我们就将复位信号接入了相关指令。这样说来可能比较复杂，总结起来就是当逻辑上的急停点需要从逻辑母线接入PLC的时候我们在逻辑上采用常闭点（这也只是大多数情况，具体问题具体分析）。
那么还有一种情况就是物理上的急停按钮常闭点接入PLC的DI点，梯形图逻辑上的急停点采用常开点接入。这种情况常用于屏蔽信号。试思考一下，当物理上的常闭点接入PLC的DI时，系统上电之后DI得电，逻辑上的常开点就应该闭合，这样信号流就可以通过相关逻辑行。当我们需要急停动作时候，拍急停按钮分断相关电路，物理上的急停点失电，逻辑上的敞开点就维持常开，这样我们就分断了相关信号，可以屏蔽掉急停点之后的信号流。也就是说当我们在逻辑行当中需要使用急停按钮或其他分断类按钮的时候逻辑上需要常开点接入PLC（这也只是大多数情况，具体问题具体分析）。
这就是急停按钮的两种接法（包括其他分断类或复位类按钮），有的朋友会问急停按钮物理上的常开点为什么不用？这就涉及到保护类器件的使用方法了。保护类器件例如急停按钮，停止按钮，限位传感器等都是对系统起保护作用的。这类器件一旦发生问题就会对系统造成不利影响。大家试思考一下，以急停按钮为例，他一旦发生故障，那么他的常闭点断开更容易些还是常开点闭合更容易些呢？当然是前者，所以此类器件一旦故障就会使系统停止，这样就可以提醒工程师进行相关检查。对于限位传感器等器件一旦发生故障也会使常闭点断开，同样可以提醒PLC工程师检修。
温度是工业生产对象中主要的被控参数之一，本文以温度监测与控制系统为例，来说明PLC在模拟量信号监测与控制中的应用。该系统具有广泛的应用范围：如大型家禽孵坊、电器生产行业和机械加工的某些工艺流程中……
一、控制要求
将被控系统的温度控制在某一范围之间，当温度低于下限或高于上限时，应能自动进行调整，如果调整一定时间后仍不能脱离不正常状态，则采用声光报警，来提醒操作人员注意，排除故障。
系统设置一个启动按钮来启动控制程序，设置绿、红、黄三台指示灯来指示温度状态。当被控系统的温度在要求范围内，则绿灯亮，表示系统运行正常；当被控系统的温度超过上限或低于下限时，经调整且在设定时间内仍不能回到正常范围，则红灯或黄灯亮，并伴有声音报警，表示温度超过上限或低于下限。
该系统充分利用电气智能平台现有设备，引入PLC和变频器于系统中，将硬件模拟和软件仿真有机结合，有效的运用了平台资源。本文通过对该系统的阐述，详细介绍了PLC和变频器在模拟量信号监控中的运用。
二、控制系统原理及框图
该系统共涉及四大部分，包括温度传感器、变送器、PLC温度监控系统和外部温度调节设备。首先，选取监控对象，在其内部（比如孵坊）选取四个采样点，利用四个温度传感器分别采集这四点温度后；通过变送器将采集到的四点温度的采样值转换为模拟量电压信号，从而得到四个采样点所对应的电压值，输入到PLC的四个模拟量输入端口；PLC温度监控系统将这四点温度读入后，取其平均值，作为被控系统的实际温度值，将其与预先设定的正常温度范围上下限相比较，得出系统所处状态，并向外部温度调节设备输出模拟量控制信号；外部温度调节设备根据输出的模拟量的大小来调节温度的上升与下降或保持恒温状态。
本文以0～10V来对应温度0～100℃，设置40～60℃为系统的正常温度范围，对应的模拟量电压为4～6V，也即40℃（4V）为下限，60℃（6V）为上限，调节时间设定为20S。其中，50℃（5V）为我们的温度（电压）基准值。这样，我们就将PLC温度控制系统对温度的监测与控制转变成了PLC对模拟量电压的输入与输出的控制。当被控系统的实际温度低于设定的下限（40℃）时，PLC温度监控系统经过比较运算后，通过其模拟量输出端口向外部温度调节设备输出5-10V的电压，而且输出的电压会根据被控系统实际温度值的降低而升高，从而改变外部温度调节设备，调节温度的幅度。同理，当被控系统的实际温度高于设定的上限（60℃）时，PLC温度监控系统经过比较运算后，通过其模拟量输出端口向外部温度调节设备输出0~5V的电压，而且输出的电压会根据被控系统实际温度值的升高而降低，从而改变外部温度调节设备，调节温度的幅度。而当被控系统的实际温度处于设定的温度正常范围（40—60℃）时，PLC温度监控系统经过比较后，通过其模拟量输出端口向外部温度调节设备输出5V恒定的电压，即输出电压的调节基准量，使温度调节设备保持恒温状态。
三、控制算法的原理及流程图
PLC温度控制系统规定模拟量输入端取值范围为0～10V，本文设定其对应于温度0～100℃。要求被控系统的温度控制在40～60°C之间，也就是对应模拟量输入端口的电压范围是4～6V。同时，根据控制的需要，首先设定50℃（对应模拟量输入端口的电压为5V）作为被控系统温度的基准值，对应设定一个输出的电压调节基准量5V。
PLC顺序扫描梯形图程序，扫描的结果有以下几种情形。假如读取到的四个采样点的温度，经过取平均后大于上限60℃（比如70℃），将其与被控系统温度的基准值（50℃）比较，得出两者之间的差值（20℃），也即对应2V，然后用输出的电压调节基准量5V与之相减，从而得到3V作为控制信号来控制外部的温度调节（降温），接着进入下一个扫描周期，直至被控系统的温度达到正常范围（40-60℃），如果在设定的调节时间（20S）后，未能恢复到正常范围内，则采用声光报警，红灯亮；假如读取到的四个采样点的温度，经过取平均后小于下限40℃（比如20℃），将其与被控系统温度的基准值（50℃）比较，得出两者之间的差值（30℃），也即对应3V，然后用输出的电压调节基准量5V与之相加，从而得到8V作为控制信号来控制外部的温度调节（升温），接着进入下一个扫描周期，直至被控系统的温度达到正常范围（40-60℃），如果在设定的调节时间（20S）后，未能恢复到正常范围内，则采用声光报警，黄灯亮；假如读取到的四个采样点的温度，经过取平均后处于设定的正常范围40-60℃（比如45℃），则输出调节电压的基准量5V，使被控系统保持恒温状态，绿灯亮，然后进入下一个扫描周期。
四、I/O分配表
输入
输入开关量
功能
%I0.6
实验台/计算机控制切换
%I0.1（%M1）
启动开关
%I0.2（%M2）
停止开关
输出
输出开关量
功能
%Q0.1（%M7）
过低
%Q0.2（%M8）
正常
%Q0.3（%M9）
过高
%Q0.4
过低警鸣
%Q0.5
过高警鸣
%Q0.7
变频器的逻辑输入
五、程序（PLC梯形图）
六、硬件接线图
七、组态王仿真画面
本系统不仅可以通过硬件操作来了解系统的工作原理，同时也可以通过仿真软件的监控画面来生动、直观的了解系统的工作过程。
八、变频器部分
本系统中的变频器是用来代替外部实际的温度调节设备，目的一是介绍变频器的使用；目的二是可以直观的看到，PLC温控系统根据输入温度值的改变同时也在改变输出的模拟量控制信号。系统中对变频器的应用过程，实际上是应用变频器根据外控电压的变化来改变输出频率的特性。
为了让其可以根据外控电压来改变频率，其参数设置如下：
I—O 菜单中TCC设为“2C”
I—O 菜单中AO设为“rFr”
drc 菜单中OPL设为“NO”
SUP 设为“rFr”
应用PLC的模拟量检测与控制能力，实现对被控过程的温度监测和控制具有广泛的应用场合。本文以工业生产中常见的温度监测、报警与控制功能的实现为例，介绍PLC模拟量控制系统的构成、温度控制流程及程序的设计方法。
