基于plc变电站综合自动化系统研究设计毕业论文

1、*：基于 plc 的变电站综合自动化系统研究 i 摘要 变电站综合自动化对于保证供电可靠性和电能质量，对于电力系统的安全、 稳定运行具有极其重要的作用。本毕业设计以实验室现有设备为基础，对基于 plc的变电站综合自动化系统进行研究。 本设计在学习变电站综合自动化系统的基本概念，学习数据通信、可编程控 制器和触摸屏相关知识的基础上，对基于simatic s7-200 plc的变电站综合自动 化实际系统进行初步的硬件结构设计和软件设计。并以断路器控制、中央信号系 统为具体研究对象，由simatic s7-200 plc和计算机、触摸屏组成硬件系统，实 现了plc和触摸屏之间的通信，编写了plc和触

2、摸屏程序，实现了断路器控制和 中央信号系统的基本功能。 关键词 变电站，综合自动化，可编程控制器，触摸屏 abstract integrated substation automation plays an important role in guaranteeing the power supply reliability and quality of electric energy, the security and stable operation of power systems. on the basis of the existing laboratory equipment, t

3、he design researches plc-based integrated substation automation system. on the basis of studying the basic concepts of integrated substation automation system, the relevant knowledge of data communication, plc and touchpanel, the initial hardware structure and software of integrated substation autom

4、ation system based on simatic s7-200 plc is designed. and circuit breaker control, the central signal system for specific subjects, by simatic s7-200 plc and computer, touchpanel consisting hardware system, the communication between plc and touchpanel is implemented, the procedures of plc and touchp

5、anel are prepared, circuit breaker control and the central signal systems basic functions are implemented. keywords substation, integrated automation, programmable controller, touchpanel 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） ii 目录 摘要. .i abstract.i 1 绪论.1 1.1 变电站实现综合自动化的目的和意义.1 1.2 变电站综合自动化的发展过程和现状.2 1.3 变电站综合自动化系统的内容

6、、功能和特点. .3 1.4 本文的主要工作.5 2 可编程控制器及 simatic s7-200 plc.6 2.1 plc 的特点和主要功能.6 2.2 plc 的基本结构和工作原理.7 2.3 simatic s7-200 plc系统的基本组成及其工作模式.9 2.4 plc与计算机的通信和连接.11 2.5 plc应用系统的设计原则、内容与步骤.13 2.6 本章小结.14 3 触摸屏及其与计算机、plc的通信和连接.15 3.1 概述.15 3.2 pws6600 c-s型触摸屏.15 3.3 pws6600 c-s型触摸屏的操作.19 3.4 pws6600 c-s型触摸屏与计算机

7、的通信和连接.20 3.5 pws6600 c-s型触摸屏与plc的通信和连接.22 3.6 本章小结.23 4 基于 plc 的变电站综合自动化系统初步设 计.24 4.1 变电站综合自动化系统的设计原则与要求.24 4.2 变电站综合自动化系统的硬件结构设计.24 4.3 系统软件概述.27 4.4 plc软件设计概述29 4.5 系统特点.31 4.6 本章小结. .31 *：基于 plc 的变电站综合自动化系统研究 iii 5 断路器控制、中央信号的plc实现.32 5.1 断路器控制概述.32 5.2 断路器控制的 plc 实现.34 5.3 触摸屏画面.37 5.4 中央信号.40

8、 5.5 本章小结.43 6 结论.44 谢辞.45 参考文献.45 附录1 外文资料翻译.47 a1.1 译文：变电站综合自动化系统的结构和通 信47 a1.2 原文：the configuration and communication of integrated substation automation systems.52 - 1 - 1 绪论 1.1 变电站实现综合自动化的目的和意义 1.1.1 传统变电站的缺点 众所周知，变电站是电力系统中不可缺少的重要组成部分，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举足轻重的作用。 尤其是现在大容量发电机组的不断

9、投运、超高压远距离输电和大电网的出现，使 电力系统的安全控制更加复杂，如果仍依靠原来的人工抄表、记录、人工操作为 主，依靠原来变电站的旧设备，而不进行技术改造的话，必然没法满足安全、稳 定运行的需要，更谈不上适应现代电力系统管理模式的需求。传统变电站存在如 下的缺点1： （1）安全性、可靠性不能满足现代电力系统高可靠性的要求。 （2）供电质量缺乏科学的保证。 （3）占地面积大，增加了征地投资。 （4）不适应电力系统快速计算和实时控制的要求。 （5）维护工作量大，设备可靠性差，不利于提高运行管理水平和自动化水 平。 1.1.2 变电站实现综合自动化的优越性 随着微电子技术、计算机技术和通信技术的

10、发展，变电站综合自动化技术得 到了迅速发展。近几年来，变电站综合自动化已成为热门话题，引起了电力工业 各部门的注意和重视，并成为当前我国电力工业推进技术进步的重点之一。 变电站综合自动化是将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电 保护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技 术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、 配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的 自动化功能。 变电站实现综合自动化的基本目标是提高变电站全面的技术水平和管理水平， 提高电网和设备的安全、可靠、稳定运行水平，降低运行维护成本

11、，提高经济效 益，提高供电质量，促进配电系统自动化。 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 2 - 变电站实现综合自动化的优越性主要有以下几方面1： （1）提高变电站的安全、可靠运行水平。 （2）提高供电质量，提高电压合格率。 （3）简化了变电站二次部分的硬件配置。 （4）提高电力系统的运行、管理水平。 （5）缩小变电站占地面积，降低造价，减少总投资。 （6）减少维护工作量，减少值班人员劳动量，实现减人增效。 （7）有利于提高变电站无人值班管理水平。 1.2 变电站综合自动化的发展过程和现状 1.2.1 国内变电站综合自动化的发展过程和现状 我国变电站综合自动化的研究工作开始于 20 世纪

12、 80 年代中期。1987 年，清 华大学电机工程系研制成功第一个符合国情的变电站综合自动化系统，在山东威 海望岛变电站成功地投入运行，1988 年通过技术鉴定。鉴定结论为国内首创，填 补了国内一项空白，并达到国际 80 年代先进水平。 20 世纪 80 年代后期，不少高等院校、研究单位和生产厂家投入到变电站综 合自动化的研究中。90 年代，变电站综合自动化已成为热门话题，研究单位和产 品如雨后春笋般蓬勃发展。规模比较大的单位有南瑞公司、四方公司等。近几年 来，大规模集成电路技术和通信技术的迅猛发展，网络技术、现场总线技术等的 出现，为提高变电站综合自动化水平提供了技术支持。90 年代中，变电

13、站综合自 动化实际上成为电力系统自动化最亮丽的热点，其功能和性能也不断完善。变电 站综合自动化已成为新建变电站的主导技术1。 目前国内无人值班与变电站综合自动化系统基本应用在110kv和35kv中低压 变电站中，已投入了相当数量，发挥了积极作用。各地区，特别是经济发达地区 对新建110kv变电站大多要求按无人值班设计。无人值班变电站按实现的自动化 水平可分为两类：一种是远动rtu方式，另一种为全新的综合自动化。较早推行 无人值班的地区，由于受当时自动化水平和经济能力的限制往往采用第一种方式， 该方式仅在原常规有人值班变电站的基础上在rtu中增加了遥控、遥调功能，站 内仍保留原有的控制屏、指示仪

14、表、光字牌等设备。所有信号由rtu集中采集， 遥控、遥调指令通过rtu装置硬接点输出，由控制电缆引入二次回路控制，与控 制保护不能交换信息，保护动作信号仍需通过继电器接点采集。采用这种方式所 需二次电缆比常规有人值班变电站更多，二次回路也更复杂。 第二种方式，即为现在广为流行的变电站综合自动化方式。其最大的特征是 - 3 - 将站内监控功能、scada信号采集、远动功能以及数字保护信息结合为一个统一 的整体，完全取消了传统的集中控制屏，二次回路极为简单，控制电缆大量减少， 既可有人值班运行，也可无人值班运行。 我国220kv和500kv电压等级的变电站基本上为有人值班运行方式，除发遥 测、遥信

15、信号外，变电站一般具有站内监控系统。几年前投运的变电站监控系统 与远动系统完全是彼此独立、互不相关的，数据各自分别采集，信息不能共享， 硬件设备重复设置，重复投资。 近几年设计的站内监控系统已把站内监控系统与远动功能综合在一起，可向 几个不同级别的调度中心发送各自需要的远动信息，所有遥测、遥信集中采集。 这种方式带控制功能，可对断路器和电动操作隔离开关进行控制操作，并可与数 字保护交换信息，可分析数字保护运行状态，动作行为，远方定值修改，提供了 更加详细的信息资料，方便运行管理。 1.2.2 国外变电站综合自动化的发展概况 国外变电站综合自动化的研究工作开始于 20 世纪 70 年代中后期。8

16、0 年代以 后，研究变电站综合自动化系统的国家和大公司越来越多，包括德国西门子公司、 abb 公司、aeg 公司，美国 ge 公司、西屋公司，法国阿尔斯通公司等。这些 公司都有自己的综合自动化系统的产品。 西门子公司于 1985 年在德国汉诺威正式投运其第一套变电站自动化系统 lsa678，至 1993 年已有 300 多套同类型的系统在德国本土及欧洲其他国家不同 电压等级的变电站投入运行，至 1995 年，该公司在中国也陆续得到十几个工程 项目，基本上是 110kv 城市变电站。lsa678 系统的结构有全分散式和集中与分 散相结合两种类型。 abb 公司的变电站综合自动化系统 scs100

17、，在芬兰生产，用于中、低压变 电站。csc200 在瑞典生产，用于高压变电站1。 由此可见，国外研究变电站综合自动化系统始于 20 世纪 70 年代后期，80 年 代发展较快。著名的制造厂商颇多，但他们彼此间一开始就十分注意这一领域的 技术规范和标准的制定与协调，避免各自为政造成不良后果，这是很值得我们学 习的。 1.3 变电站综合自动化系统的内容、功能和特点 1.3.1 变电站综合自动化系统的主要内容 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 4 - 变电站综合自动化系统是利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动 化系统，该系统代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和 远

18、动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，改变常规的继电保护装置不能与外 界通信的缺陷。变电站综合自动化系统可以采集到比较齐全的数据和信息，利用 计算机的高速计算能力和逻辑判断功能，可方便地监视和控制变电站内各种设备 的运行和操作。 一般来说，变电站综合自动化的内容应包括变电站电气量的采集和电气设备 (如断路器等)的状态监视、控制和调节。通过变电站综合自动化技术，实现变电 站正常运行的监视和操作，保证变电站的正常运行和安全。当发生事故时，由继 电保护和故障录波等完成瞬态电气量的采集、监视和控制，并迅速切除故障，完 成事故后的恢复操作。此外，变电站综合自动化系统的内容还应包括监视高压电 器设备本身的

19、运行(如断路器、变压器和避雷器等的绝缘和状态监视等)，并将变 电站所采集的信息传送给调度中心，必要时送给运行方式科和检修中心等，以便 为电气设备监视和制定检修计划提供原始数据2。 1.3.2 变电站综合自动化系统的基本功能 变电站综合自动化功能由电网安全稳定运行和变电站建设、运行维护的综合 经济效益要求所决定。变电站在电网中的地位和作用不同，变电站综合自动化系 统有不同的功能。结合我国的国情，具体来说，变电站综合自动化系统的基本功 能体现在下述 5 个子系统的功能中： （1）监控子系统；（2）微机保护子系统；（3）电压、无功综合控制子系 统；（4）低频减负荷控制；（5）备用电源自投控制。 另外

20、，变电站综合自动化系统还要完成各个子系统之间的通信任务1。 1.3.3 变电站综合自动化系统的特点 变电站综合自动化系统具有以下几个突出的特点： （1）功能综合化 （2）分级分布式、微机化的系统结构 （3）操作监视屏幕化 （4）通信网络化、光缆化 （5）测量显示数字化 （6）运行管理智能化 总之，变电站实现综合自动化可以全面提高变电站的技术水平和运行管理水 - 5 - 平，使其能适应现代化大电力系统运营的需要1。 1.4 本文的主要工作 变电站综合自动化系统涉及到通讯技术、微处理机技术、数字信号处理技术、 自动控制理论、牵引供电理论、系统可靠性理论、软件工程技术等诸多技术和理 论，是一项十分复

21、杂的系统工程。 本文的主要工作集中在如何用plc设备实现变电站综合自动化系统的硬件结 构设计，如何实现计算机、plc和触摸屏之间的通信连接，并以断路器控制、中 央信号系统为具体研究对象，对plc和触摸屏编写程序，用触摸屏控制plc程序 的运行，从而实现断路器控制和中央信号系统的基本功能。 通过本次毕业设计，应达到的目标是：加深对变电站综合自动化系统的认识， 熟练掌握plc的编程方法，掌握触摸屏的使用方法，掌握基于plc的变电站综合 自动化系统的设计方法，编制调试完成指定子系统的软件，实现变电站综合自动 化系统的基本功能；掌握参考文献的查阅方法，掌握科技论文的写作方法。 郑州大学电气工程学院毕业

22、设计（论文） - 6 - 2 可编程控制器及 simatic s7-200 plc 随着科学技术的发展，plc 技术、cad/cam 技术和工业机器人成为 现代工业控制的三大支柱。 2.1 plc 的特点和主要功能 2.1.1 plc 的特点 plc 是专为在工业环境下应用而设计的，具有面向工业控制的鲜明特点9。 （1）可靠性高、抗干扰能力强; （7）体积小、能耗低，便于机电一体化。 2.1.2 plc 的主要功能 plc 在不断地发展，其性能在不断地完善、功能在不断地增强。其主要功能 有9： （1）开关量逻辑控制 （8）通信和联网 2.2 plc 的基本结构和工作原理 2.2.1 plc 的

23、基本结构 从广义上说，plc 也是一种工业控制计算机，只不过比一般的计算机具有更 强的与工业过程相连接的接口和更直接的适用于控制要求的编程语言。所以， plc 与计算机控制系统十分相似，也具有中央处理器（cpu） 、存储器、输入/输 出(i/o)接口、电源等，如图 2.1 所示。 - 7 - 图 2.1 plc 结构框图 （1）主机 （2）输入/输出(i/o)接口 （6）外部设备接口 2.2.2 plc 的工作原理 plc的整个工作过程可分为五个阶段：自诊断、与编程器等的通信、输入采 样、用户程序执行、输出刷新。其工作过程框图如图2.2所示。 图2.2 plc工作过程框图 2.3 simati

24、c s7-200 plc系统的基本组成及其工作模式 西门子公司的simatic s7-200是一种叠装式结构的小型plc。它指令丰富、 功能强大、可靠性高、适应性好、结构紧凑、便于扩展、性能价格比高。 2.3.1 s7-200 plc系统的基本组成 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 8 - simatic s7-200由基本单元（s7-200 cpu模块）、个人计算机（pc）或编 程器、step7-micro/win32编程软件以及通信电缆等构成9。 （1）基本单元（s7-200 cpu模块） s7-200系列plc在硬件上采用固定式结构和扩展式结构相结合的方式，固定 式结构的硬件即是

25、基本单元，扩展式结构的硬件即是基本单元扩展模块。 s7-200 plc基本单元根据cpu的不同，分为cpu 21x和cpu 22x两个系列，目 前市场上主要为cpu 22x系列。cpu 22x系列有cpu 221、cpu 222、cpu 224和 cpu 226四种基本单元。这里选用cpu 224，现简单介绍cpu 224，它具有以下特 点： 具有24个离散点(其中14个输入点、10个输出点)，可以满足一些简单的控 制需要； 具有一个rs485串行口，具有ppi(点对点)通信、mpi（多点接口）通信和 自由方式通信能力，并支持profibus-dp扩展接口。可以方便地实现同微机、同 其它plc

26、、以及同打印机之类的外围设备的通信。对该型号plc的编程，也是通 过同一个接口，使用一个rs485到rs232的转换器，由微机来实现的； （5）人机界面 人机界面主要指专用操作员界面，例如操作员面板、触摸屏、文本显示器等， 这些设备可以使用户通过友好的操作界面轻松地完成各种调整和控制的任务。 2.3.2 simatic s7-200的三种工作模式 2.4 plc与计算机的通信和连接 2.4.1 plc的通信口 s7-200 cpu224型plc主机带有一个rs-485串行9针d型通信口port0，其引脚 与profibus的名称对应关系如表2.1所示。 表2.1 port0 rs-485引脚与

27、profibus对应关系 针号port0profibus名称 1机壳接地屏蔽 2+24v返回（逻辑地）+24v返回（逻辑地） 3rs-485信号brs-485信号b 4rts（ttl）请求发送信号（ttl） - 9 - 5逻辑地+5v地 6+5v（带100串联电阻）+5v 7+24v+24v 8rs-485信号ars-485信号a 910位协议选择（输入）不用 端口外壳机壳接地屏蔽 2.4.2 plc与计算机的硬件连接 2.4.3 通信参数的设置和修改 2.5 plc应用系统的设计原则、内容与步骤 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 10 - 图2.3 plc系统设计与调试的主要步骤 2

28、.6 本章小结 plc是本系统的主要组成部分。本章较详细地阐述了plc的特点、主要功能、 基本结构和工作原理；s7-200 plc系统的基本组成，s7-200 plc的三种工作模式； plc与计算机的通信和连接；plc应用系统的设计原则、内容与步骤。 - 11 - 3 触摸屏及其与计算机、plc的通信和连接 3.1 概述 3.2 pws6600 c-s型触摸屏 3.2.1 pws6600 c-s型触摸屏的产品规格 3.2.2 pws6600 c-s型触摸屏的指拨开关 3.2.3 通讯口的接脚定义 3.3 pws6600 c-s型触摸屏的操作 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 12 -

29、图3.1 pws6600/ap1600与plc通讯的工作参数设定 3.4 pws6600 c-s型触摸屏与计算机的通信和连接 3.6 本章小结 触摸屏与可编程控制器在工业控制中的应用越来越广泛。本章较详细地介绍 了pws6600 c-s型触摸屏的产品规格、指拨开关、通讯口的接脚定义，及其操作 和与计算机、plc的通信连接。 - 13 - 4 基于 plc 的变电站综合自动化系统初步设计 4.1 变电站综合自动化系统的设计原则与要求 4.2 变电站综合自动化系统的硬件结构设计 4.2.1 硬件结构 本系统是为中、低压变电站设计的，采用现在较为流行的分层分布式结构形 式，其硬件结构组成如图 4.1

30、 所示。 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 14 - 图 4.1 系统硬件结构 每个模块独立工作，互不干扰，单个模块的故障不会影响其他模块的正常工 作，分层分布可使任务分散化，减轻上层机的负担，以提高系统的速度和可靠性。 本系统中配置三台上层机，实际上可根据需要灵活配置，当系统任务较轻时， 或实施无人值班时，所有的工作都可以放在一台机上进行，取消其它两台机，基 于此原因，在本系统中，将这台机称为“工作站 0” ，而不是“前置机” 。本系统 中所有的前置单元均采用总线式连接，只要预留下足够的接线端口，增减模块是 非常方便的，只须增减相应的设备，然后在软件上做相应的设置，整个系统将在 新的

31、组态下运行。 根据功能和所处的位置，本系统可分为三层： - 15 - （1）第三层为数据采集控制层，它们全部由西门子 s7-200 系列 224 型 plc 进行采集与控制。开关量采集包括断路器位置、隔离开关位置、继电保护信息等， 同时 plc 还可接受当地值班员或远方发来的控制命令，做相应的控制操作，并做 安全检查。每个 plc 基本模块负责一回电力线路或一台变压器设备的所有电气参 数的模拟量采集，包括电压、电流、有功功率、无功功率、有功电度和无功电度 等参数。 根据遥信、遥控、遥测规模的大小，可以选用单独一个基本模块或者一个基 本模块和若干个扩展模块进行组合，达到所需的遥测、遥信、遥控点数

32、。 图4.2是由cpu224型s7-200 plc构成的数据采集与控制单元结构配置示意图， 实际配置可根据变电站规模的大小、现场一次设备布置的具体情况确定。一条总 线上最多可挂接31个基本模块，若超过此数，可再另外增加一条总线。 图4.2 cpu224 plc数据采集与控制单元结构配置示意图 （2）第三层与第二层之间通过 rs-485 串行总线相连。第二层为通信管理层， 它是一层和三层进行数据交换的桥梁，它管理着下层的采集控制设备，同时转发 上层的请求 (如设置命令)和控制命令，并将返回请求或执行的结果。 （3）最上层为工作站层 (一层)，它由一台 pc 工控机和两台 pc 机构成的局 域网及

33、相应的外围设备 (如打印机、事故音响设备)等构成，它们承担着监视、控 制、事故报警、事故记录分析、系统管理、系统维护等多项功能。 4.2.2 接口方式的选择 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 16 - 4.3 系统软件概述 4.3.1 操作系统 4.3.2 软件开发工具 （1）上位计算机端 （2）plc 端 （3）触摸屏端 4.4 plc软件设计概述 4.4.1 plc软件的功能 4.4.2 plc软件设计 当plc的主程序开始运行之后，就处于反复的循环执行之中，每一次循环被 称为一次扫描，即对主程序的语句逐条扫描执行。 主程序主要完成初始化、遥信自处理、通信处理三方面的工作。 只有第

34、一次扫描才执行初始化程序，然后进行遥信自处理程序，若有通信要 求，则进行通信处理，否则结束主程序，完成一次扫描工作。其流程图如图4.3 所示。 - 17 - 图4.3 plc主程序流程图 plc初始化程序用于完成plc站号的设置、群同步码的设置、通信参数的填 写、crc表的产生、静止时间线的设定等任务。 遥信自处理程序用以捕捉输入点状态的变化。 plc报文接收是一个相当复杂的过程。当plc的port0口检测到有字符送来时， 产生接收字符中断，其中断执行的顺序依次为：接收群同步码中断、站地址码中 断、功能码中断、数据长度中断和报文数据中断。只有当plc连续接收到两个群 同步码，且下一个字符是本站

35、地址或公共地址时，才进入报文的接收状态。 plc接收到的报文必须经过解释之后，才能被正确执行；而plc在向主机发 送报文之前，必须先将要发送的报文组装起来。 plc报文发送程序包含类别询问、类别更新、设置时针、召唤事件记录及遥 控等若干子程序。 4.5 系统特点 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 18 - 4.6 本章小结 本章是进行基于plc的变电站综合自动化系统初步设计。首先阐述了变电站 综合自动化系统的设计原则与要求；接着设计了基于plc的变电站综合自动化系 统的硬件结构，并选择rs-485串行接口方式；然后说明了系统中用到的软件，概 述了plc软件设计；最后说明了该系统的特点。

36、 - 19 - 5 断路器控制、中央信号的plc实现 5.1 断路器控制概述 5.1.1 断路器控制的类型 要器件由晶体管分立元件或集成电路构成。 5.1.2 对断路器控制电路的基本要求 5.1.3 断路器控制流程图 将断路器控制原理用流程图表示，如图 5.1 所示。 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 20 - 图 5.1 断路器控制流程图 5.2 断路器控制的 plc 实现 5.2.1 i/o 接线图及 i/o 分配表 选用 s7-200 cpu224 ac/dc/relay 型 plc 进行控制。 plc 的 i/o 接线图如图 5.2 所示。i/o 分配表如表 5.1 所示。 -

37、 21 - 图 5.2 i/o 接线图 表 5.1 i/o 分配表 输入信号中间继电器输出信号 保护跳闸脉冲 i0.5 选通母线 xtm m10.0 亮盘母线 lm q0.0 复归按钮 fa i0.6 实现自保持 m10.1 合闸状态指示灯 hd q0.2 选线开关 xk 分 i0.7 跳闸位置继电器 twj m10.2 合闸线圈 hq q0.3 选线开关 xk 合 i1.0 合闸位置继电器 hwj m10.3 跳闸状态指示灯 ld q0.4 控制开关 kk 分 i1.1 跳闸继电器 tj m10.4 跳闸线圈 tq q0.5 控制开关 kk 合 i1.2 合闸继电器 hj m10.5 自复位

38、开关 dk 亮 i1.3 自复位开关 dk 暗 i1.4 5.2.2 plc 程序设计 图 5.3 断路器控制的梯形图 5.3 触摸屏画面 5.3.1 断路器控制画面 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 22 - 根据 plc 的输入输出量编写断路器控制画面，如图 5.4 所示。正确将图 5.3 所示的程序由计算机下载到 plc 后，即可通过在触摸屏上按动相应按钮来控制 plc 的程序运行，从而实现触摸屏对断路器的控制，并可观察输出情况。 图 5.4 断路器控制画面 画面中，最上面一排为状态指示灯，下面两排为按钮，其中 m0.5、m0.6 为 保持型按钮，其余为交替型按钮。 5.3.2

39、变电站电气主接线画面 受画面面积所限，在此示意性地画出变电站的电气主接线，如图 5.5 所示。 其高、低压侧均为单母线分段接线，上方为进线，下方为出线。 图 5.5 变电站电气主接线画面 - 23 - 画面中的按钮均为保持型按钮（即按下为 on，松开为 off） ，并在 qf 按钮 上方浮有状态指示灯，红色表示 qf 处于合闸状态，绿色表示 qf 处于跳闸状态。 为使论文简洁，在此仅对 4#断路器编写 plc 程序（即仅能对 4#断路器进行操作） ， 其余均雷同。设 4#断路器原已处于合闸状态，其控制过程及现象如图 5.6 所示。 图 5.6 断路器控制过程及现象 和图 5.5 所示画面相对应

40、的 plc 程序如图 5.7 所示。 图 5.7 断路器控制的梯形图 5.4 中央信号 5.4.1 中央信号概述 5.4.2 中央信号的 plc 实现 5.5 本章小结 断路器和中央信号是变电站综合自动化系统的重要组成部分。本章以其为具 体研究对象，阐述了断路器控制的类型、对断路器控制电路的基本要求，并画出 了断路器控制流程图，编出了断路器控制的梯形图程序，而且还利用 adp 软件 编写了断路器控制画面、变电站电气主接线画面，实现了用触摸屏控制 plc 程序 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 24 - 的运行；此外，本章还对中央信号类型、信号回路应满足的基本要求作了阐述， 并编出了事故

41、音响电路的梯形图程序。 由于plc性能非常优越，从而使断路器、中央信号动作的准确性和可靠性得 以保证。plc的使用使其操作方便，维护工作量少，且二次回路简单。本次实验 未能输人、输出更多的信号，若投人应用，只需将plc的触点通过扩展单元和扩 展模块进行扩展，或者直接选用多i/o的plc即可。 - 25 - 6 结论 本文初步设计的基于plc的变电站综合自动化系统，采用了分层分布式结构。 将变电站内数据采集与控制、监视、通信等任务分级处理。最下层承担着采集、 控制、保护的任务；中间层执行着通信管理的任务，它是上层软件与下层设备的 纽带，使得上层软件的运行不受下层设备具体类型的制约。因此系统具有开

42、放性 好、可扩充能力强、可靠性高、安装调试方便等优点，特别适用于老站的扩建改 造，对新建变电站也同样适用。 该系统中，plc作为一种现场控制设备(前置单元)，通过编制控制保护程序， 代替完成常规继电器电路的监控操作。由于逻辑功能通过软件实现，从而减少了 大量的中间接线，完善了联锁保护功能，提高了系统运行的可靠性。若对plc编 制通信模块程序来采集并传输实时数据，也能取得较好的效果，因此它完全有可 能代替rtu装置，并且开发周期短，系统的性能价格比高。 触摸屏与plc可以连接起来组成控制系统，触摸屏完成对设备的操作、显示、 报警，plc 则根据生产工艺的要求，编制程序，直接对设备进行控制。 本设

43、计对断路器控制、中央信号系统进行了研究，通过编写plc程序和触摸 屏画面，用触摸屏控制plc程序的运行，从而实现断路器控制和中央信号系统的 基本功能。由于plc性能非常优越，从而使断路器、中央信号动作的准确性和可 靠性得以保证。plc的应用使其操作方便，维护工作量少，且二次回路简单。若 投人应用，只需将plc的触点通过扩展单元和扩展模块进行扩展，或者直接选用 多i/o的plc即可。 由于时间仓促和本人水平有限，虽已基本上达到了毕业设计的要求，但文中 错误和不足之处在所难免，本设计还需要不断地加以完善、改进。同时，敬请老 师批评指正。 通过本次毕业设计，加深了对变电站综合自动化系统的认识，掌握了

44、plc的 编程方法和触摸屏的使用方法，掌握了基于plc的变电站综合自动化系统的设计 方法，掌握了参考文献的查阅方法和科技论文的写作方法，进一步巩固了 microsoft office word的操作方法，提高了独立分析、动手和理论联系实际的能力， 为今后的学习和工作打下了良好的基础。 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 26 - 谢辞 - 27 - 参考文献 1 黄益庄编著.变电站综合自动化技术.北京：中国电力出版社，2000.4 2 张惠刚主编.变电站综合自动化原理与系统.北京：中国电力出版社，2004 3 杨宛辉，刘宪林，孙丰奇编著.集成电路保护控制与信号.北京：中国计量出 版社，1

45、997.9 4 崔明主编.变电站与水电站综合自动化.北京：中国水利水电出版社，2005 5 孟祥忠，王玉彬，张秀鹃编著.变电站微机监控与保护技术.北京：中国电力 出版社，2003 6 姚春秋编.发电厂电气部分.北京：中国电力出版社，2004 7 何永华主编.发电厂及变电站的二次回路.北京：中国电力出版社，2003 8 南京中德保护控制系统有限公司编.变电站自动化工程图集.北京：中国电力 出版社，2003 9 吴中俊，黄永红主编.可编程控制器原理及应用.北京：机械工业出版社， 2003.8 10 王永华主编.现代电气控制及plc应用技术.北京：北京航空航天大学出版社， 2003.9 11 张万忠

46、，刘明芹主编.电器与plc控制技术.北京：化学工业出版社，2003.8 12 浙江天煌科技实业有限公司.可编程控制器实验指导书 13 西门子公司.simatic s7-200可编程序控制器，2004 14 西门子公司.simatic s7-200系统与编程，2004 15 泉毅电子股份有限公司.hitech adp6软体使用手册 16 西门子公司.s7-200 plc用户指南，1999 17 刘子英，陈剑云，焦在滨.基于plc的变电站scada系统的研究.华东交通大 学学报.2002.3，19（1）：17-20 18 马永翔. plc在发电厂及变电所中央信号系统中的应用.电工技术（工业自动 控

47、制）.2001，（6）：24-25 19 徐华军，严石. plc 与上位计算机的串行通信程序设计.长沙通信职业技术 学院学报.2006.3，5（1）：51-54 20 魏巍，田芳方.s7-200plc 与上位机串行通信设计.煤矿现代化.2006， （2）： 46-47 21 周勇，裴金勇，王立.变电站综合自动化系统结构与通信.宁夏电力. 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 28 - 1998， （3）：1-4 22 刘玉忠，吴俊勇，刘沛.变电站综合自动化系统中的数据通信.电力系统及其 自动化学报.1998.12， （4）：40-44 23 潘志群.基于 plc 变电站自动化系统设计.地下

48、工程与隧道.2006， （1）： 5153 24 肖华.基于 plc 中低压配电网自动化的 rtu 功能实现.大众用电（电气时空） .2006， （8）：24-25 25 程曙艳，余臻.基于串行通信的 plc 远程控制.厦门大学学报（自然科学版） .2005.11，44（6）：766-769 26 samuel c.sciacca，wayne r.block.advanced scada concept.ieee computer applications in power，january 1995 27 huang jian，zhu daxin.the configuration and c

49、ommunication of integrated substation automation systems.electricity-csee.1998，9(4)：45-49 - 29 - 附录1 外文资料翻译 a1.1 译文 变电站综合自动化系统的结构和通信 黄建 朱大新 南京自动化研究所 摘要 在讨论了变电站特点的基础上，本文提出了变电站是由基本单元组成的概念，并描述了基本单元的智能 电子装置（ied）硬件结构。接着，本文讨论了当今变电站综合自动化系统（isa）的通信模式，并描述了 带现场总线的 isa 的硬件结构和功能。最后，本文提出了 isa 的发展趋势。 关键词 变电站，自动化，

50、通信，现场总线 1 引言 从 20 世纪 90 年代初开始，在中国已经有数百个变电站综合自动化系统（isa）投入运行。这些系统在 变电站自动化中起着重要作用。它们的可靠性和性能已表现在多个方面。这种系统应该是一个具有高效率和 高可靠性的、综合多种功能和统一设计的实时控制系统。它应该完成现代变电站二次设备的几乎所有功能， 实现实时数据采集与交换，并应具有为将来使用的扩展性。本文将讨论怎样设计一个满足以上所有要求的 isa。 2 基本单元和结构 在电力系统中对于电能的传输和分配来说，变电站是一个很重要的单元。变电站应该持续、可靠、稳定 地运行。各种电压等级和容量的变电站都具有相似的结构，都是由诸如

51、变压器、不同电压等级的无功装置等 电能传输和分配设备组成。不同变电站之间的差别仅在于设备的数量、电压等级和连接方式。 3 信息交换和现场总线 4 硬件结构和主要功能 5 isa 的发展趋势 郑州大学电气工程学院毕业设计（论文） - 30 - 译自huang jian，zhu daxinthe configuration and communication of integrated substation automation systemselectricity-csee1998，9(4)：4549 a1.2 原文 the configuration and communication of

52、integrated substation automation systems huang jian zhu daxin nanjing automation research institute abstract based on a discussion of the feature of a substation, the paper presents the concept that a substation is composed of basic units (bc). the hardware structure of the ied of a bc is described.

53、 next, the paper discusses the communication mode of the current integrated substation automation systems (isa) and describes the hardware structure and the functions of the isa with fieldbus. at last the paper presents trends in the development of isa. keywords substation, automation, communication

54、, fieldbus 1. introduction since the beginning of 90s, hundreds of isa systems have been put into operation in china. these systems have played a very important role in substation operation. their reliability and performance have been demonstrated in many ways. this system should be a multi-function

55、 integrated and uniformly designed real time control system with high efficiency and reliability. it should implement almost all the functions of secondary equipment of modern substation, realize the real time data sharing and exchange, and should be expandable for future use. how to design an isa s

56、ystem to meet all the above requirements is discussed in the paper. first, after a discussion of the feature of substation, the paper presents the concept that a substation is composed of basic units (bc), such as lines, transformers, busses and volt ampere reaction (var) compensation equipment, and

57、 so on. the circuit breakers and switches are merged in the relevant bcs as their attached control facilities. the hardware structure of a bc is described. next, the paper discusses the communication mode of the current 1sa and points out the fieldbus would be the way to realize reliable, real-time

58、and accurate information communication among intelligent electronic devices (ied).then, it presents the configuration and functions of the distributed isa with fieldbus. at last, the paper presents trends in the development of isa. 2. basic units and construction - 31 - a substation is a very import

59、ant unit in power system for power transmission and distribution. a substation is required to run continuously, reliably and stably. substations of various voltage levels and capacity have a similar configuration which is composed of power transmission and distribution facilities such as transformer

60、s, var devices with different voltage levels. the distinction between different substations is the quantity and voltage level of facilities and the way connection only. to monitor and control the substation operation, a bus is equipped with potential transformers (pt) and there are current transform