西门子模块6ES7241-1AA22-0XA0诚信经营

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轮机热工监视和保护装置以及由其所组成的信号报警系统和保护控制系统，是保护汽轮机安全运行的重要设备。随着机组容量的增大，汽轮机安全监视和保护就显得更加重要，同时对汽轮机安全监视和保护装置的准确性和可靠性也提出了更高的要求。原有及早期设计的保护系统大多为继电器及硬件逻辑搭接的，它的系统可靠性较差，维护量较大。因此，采用可编程控制器（PLC）对汽轮机热工监视和保护装置进行控制显得十分重要和必要。以下所介绍的为应用PLC控制的汽轮机保护系统。

1 汽轮机保护系统概述

汽轮机在正常运行过程中，需要根据用户用电量来调节负荷，为了防止调节系统因故障失灵，和汽轮机突然甩负荷时引起超速危险，以备在机组出现某些异常时迅速动作停机，防止发生事故。汽轮机必须设置转速、转子的轴向位移、轴瓦振动、机缸相对膨胀、汽轮机各轴承的油压和油温、凝汽器的真空度、发电机的主保护动作等参数的保护，在这些参数中的任何一个超过所规定的允许值时，要求自动发出信号使磁力断路油门动作，泄掉安全油，切断进汽，进行强制停机，并且同时声光报警，记录停机原因，向DCS控制系统和调节系统发送联锁信号，联锁调节门、发电机和油泵，使整个系统迅速回到安全状态，达到保护汽轮机的目的。

2 系统组成

汽轮机保护系统由现场设备部分、PLC控制系统部分、人机界面（触摸屏）和外围联络系统组成。现场设备主要包括：汽轮机本体监测系统（检测汽轮机转速、轴向位移、轴承瓦振动、汽缸相对膨胀等）、压力检测系统（检测润滑油压力、安全油压油、凝汽器真空度）、油温检测系统（检测各轴承回油的温度）、磁力油路遮断停机系统；PLC控制系统包括：冗余的PLC控制器、信号隔离继电器、驱动继电器和接触器；外围联络系统包括：DCS控制系统、汽轮机转速负荷调节系统。系统结构如图1所示。整体系统构成了现场数据采集处理、监视和现场设备控制。

3 硬件设计

由于汽轮机保护系统的重要性，决定了该系统在任何时候不容许出现误动作或拒动作，因此作为逻辑控制单元的PLC一般选用国内外品质高、稳定性好的产品，例如AB-ControLogix系列、GE-PAC7i系列、施耐德公司Modicon QUANTUM系列产品。
以下以选用AB-ControLogix系列PLC为例对系统进行说明，系统采用双机热备冗余配置，控制核心部件（CPU）配置两套，分别安装在两个独立的机架，两个机架的CPU通过光纤连接的同步模块同步热备运行，在任一套CPU及相关部件出现故障或错误时，会无扰动切换到另一套CPU，保证了系统的可靠稳定运行。PLC的IO模块安装在独立的IO机架，IO与CPU的通讯方式为冗余ControlNet网络。PLC的开关量输入输出点都选用继电器隔离，彻底防止了现场的干扰信号对系统的不良影响，保证了系统能够长期可靠运行。

人机交互单元选用Allen-Bradley 公司的PV1000 彩色工业触摸屏产品，在触摸屏上可以进行监视、操作和运行参数记录，触摸屏是系统的操作员站,人机对话简单方便、系统组态便于修改和扩充，并且触摸屏具有不死机可以长期稳定运行的优点。触摸屏与CPU的通讯方式也是通过冗余ControlNet网络。
汽轮机保护系统的PLC结构示意图如图2所示。由图可以看出，在保护系统投入正常运行后，如果一套CPU出现故障或一条通讯介质接触不良，不会影响保护系统正常运行。

4 软件设计
软件设计包括两部分：PLC控制保护逻辑和触摸屏监视、操作记录画面组态。PLC控制保护逻辑采用梯形图编写，保护逻辑程序选择连续性任务在全部时间内运行，使保护逻辑程序始终运行。保护逻辑程序主要包括各项保护投退部分，报警与显示部分，跳闸动作部分，事件记录和SOE记录等几个部分。
由于采用了触摸屏，保护投退由一个总保护开关，扩展为每一项保护设置独立的保护开关，各分项保护开关在触摸屏上组态实现。各项保护投退相当于汽轮机保护系统的开环运行或闭环运行的选择钥匙，在保护退出时，汽轮机保护系统属于开环运行，此时保护对应的运行参数异常，保护系统只发出报警，不会动作跳闸；在保护投入时，汽轮机保护系统属于闭环运行，此时保护对应的运行参数异常，保护系统发出报警，同时动作跳闸，关闭主汽门。分项保护开关的设计，使得保护系统更灵活，现场工作人员可以根据运行情况投入部分重要的保护功能，不满足条件的保护暂时不投入。
PLC采集到的现场汽轮机报警信号、跳闸信号分别在触摸屏报警画面和跳闸画面显示，取代了以前用大量光字牌显示报警跳闸的方法，大大减少了日常维护量。跳闸动作信号进行跳闸记录，为分析汽轮机跳闸原因提供了很好的依据。PLC保护逻辑与触摸屏之间通过对应的CotrolNet通讯协议进行实时通讯，从而保证了汽轮机运行参数在触摸屏上显示和进行事件记录，在触摸屏上进行的操作实时被PLC扫描，并在程序中执行。
SOE记录要求达到毫秒级别，需要在PLC中通过程序实现，并在PLC中记录，把记录结果在触摸屏上显示。

一、电梯控制系统

电梯主要由轿厢系统、电力拖动系统、电气控制系统等组成。电力拖动系统通过曳引电机实现电梯轿厢的上下移动。电气控制系统实现电梯的自动运行。

电梯控制要求如下：开始时电梯处于任意一层。当有外呼梯信号时，轿厢应该响应呼梯信号，到达该楼层时轿厢停止运行，轿厢门打开，无人操作时延时一定时间后自动关门。当有内呼梯信号时，轿厢响应该呼梯信号，到达该层时轿厢停止运行，轿厢门打开，无人操作时延时一定时间后自动关门。电梯轿厢运行过程中，轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方无其他内、外呼梯信号外呼梯响应功能。电梯未平层即运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯轿厢响应停止后，按开门按钮轿厢门打开，按关门按钮轿厢门关闭。

六层电梯控制系统的硬件是由松下新PLC产品FPΣ（2台）、三相异步电动机、变频器、旋转编码器、内选信号控制器、轿厢内部控制器、外呼装置等组成。2台PLC之间通过PC-bbbb网络实现数据共享，其控制系统结构如图1所示。

二、PC-bbbb网络的构成及通信原理

PC-bbbb网络是松下电工FPΣ系列PLC网络的子网，为工业局域网，其网络体结构是3层结构（如图2），其中物理层和数据链路层面向通信，应用层面向用户，向用户提供服务。应用层协议以其专用通信协议MEWTOCOL为基础。

其通信原理是串行通信中的共享存储器通信，它在网上的各站通信单元内都划出一块存储器，这些存储器在各站均占据相同的地址编号空间。把这样的存储区都构造成信箱。如果网上有n个站，则每个信箱都分为n格，其中1个格作为自己的发送信箱，其他（n-1）格作为（n-1）个接收分箱，与其他（n-1）个站一一对应。如果PC-bbbb的物理层和数据链路层提供的网络通信能够把每个站发送分箱的数据复制到其他（n-1）个站与其对应的接收分箱中去，则每个站只要访问自己的通信单元中的信箱就可以获得全网的通信数据。显然该信箱成为全网共享的存储器。

通过使用链接继电器和链接寄存器，能实现PLC之间的数据共享。在PC-bbbb网络中，打开网络中一台PLC上的链接继电器，也就打开了在同一网络上其他PLC上相同的链接继电器；如果一个PLC的链接寄存器的内容被改变，那么，同一网络上其他PLC上相同的寄存器的内容也相应被修改。

三、PC-bbbb的连接

四、PC-bbbb的设置

为了能够实现2个PLC之间正常通信，需进行必要的参数设置。

1. 站号和通信模式的设定

站号设置一方面可以利用FPΣ的站号设置开关进行设置，另一方面可以利用FPWIN GR编程工具使用系统寄存器设置。但首先站号设置开关设定为0，以便系统寄存器为有效状态。

当利用FPWIN GR编程工具设置时，进入FPWIN GR系统，打开本站的PLC程序。点击系统菜单“设置”的子菜单选项“PLC系统设置”，出现COM1口设置的对话框，对站号进行设置，在通信类型栏目中选择PC-bbbb，如果当前这台PLC设为1号站，则另一台设为2号站，整个网络站号不能重复。表1和表2为各站的设置情况。

2. 通信格式和波特率的设定

使用PC-bbbb，通信格式固定为：数据长度8位，奇偶校验奇校验，停止位1位；波特率固定为：115200b/s。

3. 链接继电器和链接寄存器的区域分配

为实现PLC之间的数据共享，使用了专用的内部继电器“链接继电器（L）”和数据寄存器“链接寄存器（LD）”。当使用链接继电器时，如果一个PLC中的某个链接继电器为ON状态，那么连接于网络上的其他PLC相应链接继电器也为ON状态。对于链接寄存器，如果一台PLC的链接寄存器的内容被重新写入，那么处于网络中的其他PLC的链接寄存器的内容也改变了。

在本PC-bbbb网络中，链接继电器的区域分配为：1号站的系统寄存器设定No.40为6，No.42为0，No.43为3，No.47为2；2号站的系统寄存器设定No.40为6，No.42为3，No.43为3，No.47为2。

在本控制系统中，由于站1和站2之间主要传递控制量，不需两站之间的数据量的传递，因此也不需分配链接寄存器区域，即链接寄存器采用默认设置。

通过以上设置，将各站的控制程序分别下载到1号PLC和2号PLC中，然后将2台PLC设置成运行模式，则电梯在2台PLC构成的PC-bbbb网络控制下自动运行。通过实际测试，电梯根据外呼和内呼信号能够正确响应，运行稳定可靠。

电梯的PLC控制，证明通信网络可以满足要求I/O点数较多且控制点比较分散的系统的控制要求，且PC-bbbb的建立比较简单。通过本系统的实现可为其他系统的PLC控制提供借鉴作用。

1、引言
智能型低压配电系统是采用先进的计算机技术、电力电子控制技术、微电子技术以及网络通信等技术设计制造的具有运行状态和电量参数自动检测、自动控制和自动故障应急处理能力，并具有网络通信能力的高性能、高可靠性的低压配电系统。智能型低压配电系统一般由若干面通过通信网络联接的智能型低压开关柜或非智能型低压开关柜组成。现代科技的发展对低压配电系统运行的可靠性及其智能化管理提出了更高的要求，而计算机技术、通信技术、微电子技术的飞速发展，促使了智能化低压电气管理系统应运而生，并成为未来低压配电系统的发展趋势。把PLC应用在低压配电监控系统中，为低压配电控制系统的遥控、遥测、遥信提供了可靠的平台，提高了低压配电监控系统的智能化水平。

2、PLC概述
PLC（可编程序控制器）是近几十年来发展起来的，专为在工业环境应用而设计的一种新型工业控制器，它由于编程灵活，功能齐全而得到广泛应用。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程[1]。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。在运行时PLC以循环扫描方式来执行内部程序，每一次循环时间极短，近似于同步执行，因此能够及时响应外部变化，提高系统准确性与稳定性。现代的PLC产品集数据处理、程序控制、参数调节和数据通信为一体，可以满足对工业生产绝大多数应用场合进行监视和控制的需要。

用PLC实现中低压配电网自动化的远程终端设备（RTU）功能，能够很好地满足RTU的特有的要求：使用PLC的离散输出点来实现遥控、用PLC的模拟采样输入来实现遥测、用PLC的离散输入点来实现遥信、用PLC的通信功能来实现和主机的通信。完成这些功能，只需相应的模块再根据开关量的实际情况，对PLC进行编程即可。这种基于PLC的中低压配电网自动化的RTU实现方案具有硬件结构简单、维护方便的特点，而且如果将PLC的扩展模块连接在一起，就可以实现遥控点、遥测点、遥信点的增加。下面本文将以某工厂的低压配电监控系统为例，论述PLC在低压配电柜中的应用。

3、PLC应用
3.1、设计配电主回路
某工厂通过低压电缆将低压侧的380/220V市电，经隔离开关和断路器后引至开关柜的低压铜母线，然后由低压断路器分成若干支路，每个分支回路配置普通三相交流接触器和电流互感器，后到单相或三相用电负载。每个配电柜共计14个三相配电回路，单个配电柜的容量约150KVA，各分支三相回路约10KW，其配电柜的配电系统图如图1所示。

3.2、选择PLC
目前国内应用的PLC品种繁多，选择合适的PLC非常关键。选择的原则是：在功能满足要求的前提下，保证使用可靠、维修方便，性价比好。即首先需要了解配电网的基本情况、自动化的具体要求，以确定系统需要进行遥控、遥信、遥测、甚至遥调的设备，统计各处配电房需要这4种信

图1 配电柜的配电系统图
号的具体点数；接着根据配电网的规模和分布状况，确定通信方案的设计和选择；后根据各处各种操作的点数以及所确定的通信方案，选择恰当型号的PLC来实现RTU功能。该项目选用了GE Fanuc推出的新一代控制系统Versa Max PLC，该产品为模块化结构，构成的系统可大可小，而且使用简单。所以在应用时，不但节约了设备的安装空间，而且也节省了用户的时间和费用。Versa Max既可以作为单独的PLC，又可以作为I/O组站，通过现场总线受控于其它主控设备；还可以由多台PLC组成的分布式大型控制系统，支持Modbus，DeviceNet，Profibus-DP， Ethernet，ASI，Genius总线等通信协议。

图2 接线原理框图

3.3、应用PLC
该项目每两台配电柜选用一台PLC的CPU单元，2个32路I/0模块，分别控制28个接触器的吸合，并采集接触器的吸合状态，剩余的I/O可以作为手动转换开关的状态检测、配电柜门开的检测、总电源停电或总开关跳闸的检测等。每个PLC可以通过RS-485与两个配电柜的30个EDA9033连接。PLC的接线原理框图如图2所示，当接触器的触点因故障而动作时PLC就会马上监测到输入触点的变化，从而根据程序来确定输出触点的动作。
该项目在中央控制室设计两台工业级PC机，分别作为数据库服务器和操作监控服务器，并选用GE公司的iFix Plus Unlimited Ver3.0版本作为监控软件。iFix工控组态软件是一套具有远程监控、现场数据采集、数据分析、过程可视化等功能的高性能自动化软件，它的优越性能为实现低压配电系统监控提供了可能。利用软件全真模拟PLC控制对象可以监测所编程序的正确与否和执行结果。该项目把整个厂区的低压配电系统的日常操作、管理及维护的主要工作集中在控制中心站。PLC将采集到的数据传递给计算机并通过组态软件实时显示出来，同时可以直接通过软件对PLC进行远程控制。调度系统部分的各种画面及功能模块按照显示和使用的处所驻留在本地的计算机上，在网络上流动的主要是实时生产数据和各种报警和消息。整个系统通过企业局域网的TCP/IP协议实现中央控制室与现场控制站PLC的交换数据，2台计算机和组成在逻辑意义上独立的一个功能子网。

4、结束语
结果表明采用微型计算机PLC实现继电保护和控制系统的操作，大大提高系统的自动化水平和可靠性，同时更加便于系统的集中控制和监测，方便了系统的信息化管理，大大降低成本，提高了工作的效率，具有一定的推广意义。
随着社会对自动化程度要求的不断提高，各种智能型的系统设备也不断出现，而供配电系统是一切自动化和智能型系统设备的基础。通过实际的项目案例分析，把PLC应用在低压配电监控系统，为低压配电控制系统遥控、遥测、遥信提供了可靠的平台，符合未来智能型低压配电系统的发展方向。