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用PC+PLC实现武汉汉口江滩公园照明的集散控制

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由配电系统图知,所有三相配电回路的电流大于EDA9033的量程(20A),在配电设计时为每个配电柜配置了15个互感器,L0为配电柜的总电流检测互感器,其变比为250/5L1-L1414个分支回路的电流检测互感器,变比为30/5KM1-KM14为控制分支配电回路接通的三相接触器,型号为LC1-40A 220VAC

   远程终端单元(RTU)的选型及电路原理图设计:
   可编程序控制器(Programmable Logic Controller, PLC)技术经过几十年的发展,技术相当成熟,已被广泛应用于工业控制的各个领域。用PLC来实现中照明配电自动化的RTU功能,能够很好地满足RTU的特有的要求,使用PLC的离散输入点来实现遥信、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的通信功能来实现和主机的通信[3]。完成这些功能,都无需额外的硬件,只需根据开关量的实际情况,对PLC进行简单编程即可。这种基于PLC的中照明配电自动化的RTU实现方案具有以下特点:硬件结构简单,完全免维护;规模可大可小;只需将PLC的扩展模块连接在一起,就可以实现遥控点、遥信点、遥测点的增加;抗恶劣环境;高可靠性;编程实现各种功能,免硬件调试;费用低廉。PLC方案在具体设计时,包括以下几个步骤: 获取操作点数。了解配电网的基本情况及自动化的具体要求,确定系统需要进行遥控、遥信、遥测、甚至遥调的设备,统计各处配电室需要这4种信号的具体点数。确定通信方案。根据配电网的规模及分布情况,确定总体设计方案,主要是通信方案的设计和选择。PLC选型。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。

  本工程选择美国GE公司的Versa Max PLC,此款PLCGE Fanuc Automation推出的新一代控制系统,其设计新颖,通用性强,结构紧凑,模块化设计,支持热插拔、配置灵活,经济实用,为自动化系统提供功能强大的系列产品。每个控制站内选择1Versa Max PLCCPU模块,232I/O模块(用于32路配电回路的接触器控制与吸合状态检测),32EDA9033检测每个配电回路的电参量,EDA9033PLC通过RS485总线进行通讯。PLC的接线原理框图(如图5)所示,控制回路原理图(如图6)所示。

5PLC的接线原理框图

6: 控制回路原理图

 4.2.3 中央控制室工业PC机及监控软件的设计:
  根据江滩二期照明控制系统的监控对象,考虑到一期、三期的预留,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实现现场数据采集、过程可视化及监控功能的高性能的自动化软件,它在世界范围内已广泛用于生产制造、包装、食品和饮料、石油及天然气生产等众多工业领域[4]iFix组态软件的优越性能为实现江滩公园的照明集散控制系统提供了可能。iFix 是一套提供现场数据采集,过程可视化及过程监控功能的工业自动化软件解决方案。GE公司是全球最大的工控软件公司之一,提供全面的工业企业解决方案,iFixGE工业自动化软件解决方案家族中的HMI/SCADA软件组件,实现过程监控,并在整个企业网络中传递信息,基于组件技术的Intellution Dynamics还包括了高性能的批次控制组件、软逻辑控制组件、以及基于Internet功能组件,所有组件能无缝的集成于一体,实时综合地反映复杂的动态生产过程。iFix软件不仅包含大量图形工具,使用户能够快速简单地开发系统,而且iFix软件提供了工业界最为强大的功能,包括实时过程的监视和监督控制,报警和报警管理,历史趋势,统计过程控制,基于用户的安全系统,方便的系统扩展,网络等,用户可以在企业的所有层次位置上都很方便地获得实时过程信息,无论是在控制室还是在会议室,都可以进行交互操作,并很快地做出有效的决策。

由配电系统图知,所有三相配电回路的电流大于EDA9033的量程(20A),在配电设计时为每个配电柜配置了15个互感器,L0为配电柜的总电流检测互感器,其变比为250/5L1-L1414个分支回路的电流检测互感器,变比为30/5KM1-KM14为控制分支配电回路接通的三相接触器,型号为LC1-40A 220VAC

  远程终端单元(RTU)的选型及电路原理图设计:
  可编程序控制器(Programmable Logic Controller, PLC)技术经过几十年的发展,技术相当成熟,已被广泛应用于工业控制的各个领域。用PLC来实现中照明配电自动化的RTU功能,能够很好地满足RTU的特有的要求,使用PLC的离散输入点来实现遥信、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的通信功能来实现和主机的通信[3]。完成这些功能,都无需额外的硬件,只需根据开关量的实际情况,对PLC进行简单编程即可。这种基于PLC的中照明配电自动化的RTU实现方案具有以下特点:硬件结构简单,完全免维护;规模可大可小;只需将PLC的扩展模块连接在一起,就可以实现遥控点、遥信点、遥测点的增加;抗恶劣环境;高可靠性;编程实现各种功能,免硬件调试;费用低廉。PLC方案在具体设计时,包括以下几个步骤: 获取操作点数。了解配电网的基本情况及自动化的具体要求,确定系统需要进行遥控、遥信、遥测、甚至遥调的设备,统计各处配电室需要这4种信号的具体点数。确定通信方案。根据配电网的规模及分布情况,确定总体设计方案,主要是通信方案的设计和选择。PLC选型。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。

  本工程选择美国GE公司的Versa Max PLC,此款PLCGE Fanuc Automation推出的新一代控制系统,其设计新颖,通用性强,结构紧凑,模块化设计,支持热插拔、配置灵活,经济实用,为自动化系统提供功能强大的系列产品。每个控制站内选择1Versa Max PLCCPU模块,232I/O模块(用于32路配电回路的接触器控制与吸合状态检测),32EDA9033检测每个配电回路的电参量,EDA9033PLC通过RS485总线进行通讯。PLC的接线原理框图(如图5)所示,控制回路原理图(如图6)所示。

5PLC的接线原理框图

6: 控制回路原理图

 4.2.3 中央控制室工业PC机及监控软件的设计:
  根据江滩二期照明控制系统的监控对象,考虑到一期、三期的预留,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实现现场数据采集、过程可视化及监控功能的高性能的自动化软件,它在世界范围内已广泛用于生产制造、包装、食品和饮料、石油及天然气生产等众多工业领域[4]iFix组态软件的优越性能为实现江滩公园的照明集散控制系统提供了可能。iFix 是一套提供现场数据采集,过程可视化及过程监控功能的工业自动化软件解决方案。GE公司是全球最大的工控软件公司之一,提供全面的工业企业解决方案,iFixGE工业自动化软件解决方案家族中的HMI/SCADA软件组件,实现过程监控,并在整个企业网络中传递信息,基于组件技术的Intellution Dynamics还包括了高性能的批次控制组件、软逻辑控制组件、以及基于Internet功能组件,所有组件能无缝的集成于一体,实时综合地反映复杂的动态生产过程。iFix软件不仅包含大量图形工具,使用户能够快速简单地开发系统,而且iFix软件提供了工业界最为强大的功能,包括实时过程的监视和监督控制,报警和报警管理,历史趋势,统计过程控制,基于用户的安全系统,方便的系统扩展,网络等,用户可以在企业的所有层次位置上都很方便地获得实时过程信息,无论是在控制室还是在会议室,都可以进行交互操作,并很快地做出有效的决策。

由配电系统图知,所有三相配电回路的电流大于EDA9033的量程(20A),在配电设计时为每个配电柜配置了15个互感器,L0为配电柜的总电流检测互感器,其变比为250/5L1-L1414个分支回路的电流检测互感器,变比为30/5KM1-KM14为控制分支配电回路接通的三相接触器,型号为LC1-40A 220VAC

  远程终端单元(RTU)的选型及电路原理图设计:
  可编程序控制器(Programmable Logic Controller, PLC)技术经过几十年的发展,技术相当成熟,已被广泛应用于工业控制的各个领域。用PLC来实现中照明配电自动化的RTU功能,能够很好地满足RTU的特有的要求,使用PLC的离散输入点来实现遥信、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的通信功能来实现和主机的通信[3]。完成这些功能,都无需额外的硬件,只需根据开关量的实际情况,对PLC进行简单编程即可。这种基于PLC的中照明配电自动化的RTU实现方案具有以下特点:硬件结构简单,完全免维护;规模可大可小;只需将PLC的扩展模块连接在一起,就可以实现遥控点、遥信点、遥测点的增加;抗恶劣环境;高可靠性;编程实现各种功能,免硬件调试;费用低廉。PLC方案在具体设计时,包括以下几个步骤: 获取操作点数。了解配电网的基本情况及自动化的具体要求,确定系统需要进行遥控、遥信、遥测、甚至遥调的设备,统计各处配电室需要这4种信号的具体点数。确定通信方案。根据配电网的规模及分布情况,确定总体设计方案,主要是通信方案的设计和选择。PLC选型。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。

  本工程选择美国GE公司的Versa Max PLC,此款PLCGE Fanuc Automation推出的新一代控制系统,其设计新颖,通用性强,结构紧凑,模块化设计,支持热插拔、配置灵活,经济实用,为自动化系统提供功能强大的系列产品。每个控制站内选择1Versa Max PLCCPU模块,232I/O模块(用于32路配电回路的接触器控制与吸合状态检测),32EDA9033检测每个配电回路的电参量,EDA9033PLC通过RS485总线进行通讯。PLC的接线原理框图(如图5)所示,控制回路原理图(如图6)所示。

5PLC的接线原理框图

6: 控制回路原理图

 4.2.3 中央控制室工业PC机及监控软件的设计:
  根据江滩二期照明控制系统的监控对象,考虑到一期、三期的预留,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实现现场数据采集、过程可视化及监控功能的高性能的自动化软件,它在世界范围内已广泛用于生产制造、包装、食品和饮料、石油及天然气生产等众多工业领域[4]iFix组态软件的优越性能为实现江滩公园的照明集散控制系统提供了可能。iFix 是一套提供现场数据采集,过程可视化及过程监控功能的工业自动化软件解决方案。GE公司是全球最大的工控软件公司之一,提供全面的工业企业解决方案,iFixGE工业自动化软件解决方案家族中的HMI/SCADA软件组件,实现过程监控,并在整个企业网络中传递信息,基于组件技术的Intellution Dynamics还包括了高性能的批次控制组件、软逻辑控制组件、以及基于Internet功能组件,所有组件能无缝的集成于一体,实时综合地反映复杂的动态生产过程。iFix软件不仅包含大量图形工具,使用户能够快速简单地开发系统,而且iFix软件提供了工业界最为强大的功能,包括实时过程的监视和监督控制,报警和报警管理,历史趋势,统计过程控制,基于用户的安全系统,方便的系统扩展,网络等,用户可以在企业的所有层次位置上都很方便地获得实时过程信息,无论是在控制室还是在会议室,都可以进行交互操作,并很快地做出有效的决策。

4.2.4 中央控制室的功能
  中央控制室采用以上设计方案后,把整个江滩园区照明控制系统的日常操作、管理及维护的主要工作集中在控制中心站。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。整个系统在TCP/IP协议下交换数据。2台计算机和组成在逻辑意义上独立的一个功能子网,其实现的功能如下:
  ● 可自动接受各个控制子站所采集各照明配电回路的电流、电压、回路状态等数据;
  ● 对各个控制子站进行控制模式和方案设置、遥控命令的下发等;
  ● 支持网络连接,可以把数据通过网络送到服务器SQL数据库;
  ● 数据显示,模拟图形显示,趋势显示,动态模拟图、趋势图形显示、叠加实时数据;报警产生、报警纪录、报警确认、报警查询。报警内容包括:照明回路的白天亮灯、晚上熄灯、电压过压、电流过载、供电线路停电、门开报警等故障;(分别如图789所示)
  ● 按照全园区的平面图,指示每个园区的用电设备的情况,直观明了(如图10所示);
  ● 数据存贮,历史数据查询,运行记录浏览;
  ● 运行报表、统计分析图形打印、历史资料打印;
  ● 操作员权限管理,口令设置,操作档案记录;
  ● 报警信息可通过GSM短信信息方式,发送到相关的手机上;
  ● 报警值的设定:设置电流、电压等报警项的上限和下限值;
  ● 可以按照时间设计成不同的开启模式,实现自动开启/关闭的功能,以适应用户需要,可以采用平时照明、节假日照明和重大节假日照明模式进行设置;
  ● 巡测周期:设置巡测间的时间间隔;
  ● 系统的维护功能;
  ● 系统校时。

7 电压电流指示

8 历史数据查询

9 回路状态显示

10 分区电子地图指示

  4.2.5 各控制子站的功能
  采用这种方案,形成分布式控制子站,这些位于控制子站一般位于控制现场,江滩的照明控制系统的控制子站位于各个低压配电室内,其功能如下:
  ● 对现场的参数和回路状态进行数据采集和处理,如开关状态、电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数及回路的开关状态。
  ● 按照预定的方案进行控制,在特定时间段内对各个回路的灯进行程控,对照明灯具进行时间控制和光控
  ● 接受控制中心站的指令,进行指定或全系统回路的开关控制。
  ● 能根据电压、电流、有功功率和功率因数的变化自动进行照明回路亮灯率估算。

 5. 结束语
  PC+PLC实现的DCS在江滩照明控制

系统中投入使用近2年来,性能稳定,运行可靠,操作简单,维护工作量很小,受到了操作和维护人员的欢迎。根据江滩园区管理工作需要,在投用一年后,把江滩一期的照明控制也纳入该系统,成功的实现了扩展,待江滩三期建成后,该控制系统将监控与管理长达7公里的全园区照明控制设备运行与维护的任务,控制子站近20个,将成为一个典型的中大型的照明控制网络。实践证明,用PC+PLC实现的DCS配置灵活、技术先进、性能可靠、系统安全、开放性好、易于扩展、软件组态简单、便于自行设计和调试、性能价格比优越,系统扩展容易且维护工作量小,是企业进行技术改造和中小型生产过程首选的自控系统

参考文献:
  [1] 王常力 罗安 《分布式控制系统(DCS)设计与应用实例》电子工业出版社 2004.8 P19-P23
  [2] 李敏 EDA9033三相工频交流电参数数据采集模块 《国外电子元器件》2003年第3P31-P33
  [3] 邱野 中低压配电网自动化的必要性及其PLC实现方案 《广东电力》200310Vol116 No15
  [4] 倪旻 工业控制组态软件的产品对比及发展趋势 《测控技术》2000年 第19P38-P40