楊艷青 陳文輝

(1.特變電工衡陽變壓器有限公司，湖南 衡陽 421007；2.南華大學(xué)，湖南 衡陽 421001)

基于ABB AC500 PLC的大型變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

楊艷青1陳文輝2

(1.特變電工衡陽變壓器有限公司，湖南 衡陽 421007；2.南華大學(xué)，湖南 衡陽 421001)

闡述了ABB AC500 PLC在大型變壓器監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，分析了變壓器監(jiān)控參數(shù)，介紹了應(yīng)用AC500 PLC的穩(wěn)定冗余的監(jiān)控系統(tǒng)、各I/O模塊的功能及基于CoDeSys的PLC程序代碼，以實(shí)現(xiàn)對(duì)大型變壓器的參數(shù)監(jiān)控。

變壓器；監(jiān)控系統(tǒng)；PLC

0 引言

ABB集團(tuán)位列全球500強(qiáng)企業(yè)，是電力和自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)廠商，也是擁有100多年歷史的國際性企業(yè)。AC500是ABB一款靈活的擴(kuò)展升級(jí)產(chǎn)品，能夠適應(yīng)各種不同的自動(dòng)化任務(wù)，各種相關(guān)的設(shè)備可以根據(jù)用戶需求靈活組合和使用，從而實(shí)現(xiàn)庫存的最小化。ABB的PLC是世界上速度最快、運(yùn)行最可靠的產(chǎn)品之一，運(yùn)行溫度為-30～+70 ℃，可在海拔4 000 m的惡劣環(huán)境中運(yùn)行。設(shè)計(jì)一款安全可靠的變壓器測控系統(tǒng)極為重要，本文將介紹如何使用ABB的AC500 PLC搭建大型變壓器測控系統(tǒng)。

1 大型變壓器主要監(jiān)控參數(shù)及AC500 PLC介紹

1.1 大型變壓器主要監(jiān)控參數(shù)

(1) 利用光纖傳感器監(jiān)測變壓器的過熱故障，并通過計(jì)算實(shí)時(shí)顯示變壓器各熱點(diǎn)的運(yùn)行溫度；(2) 通過瓦斯傳感器可監(jiān)測油中可燃?xì)怏w總量，同時(shí)瓦斯繼電器和壓力釋放閥也可提醒氣體是否超限；(3) 在線監(jiān)測局部放電，包括電氣局部放電、聲音局部放電、超高頻局部放電、靜態(tài)局部放電，可用脈沖電流法、超高頻檢測法、超寬頻檢測法和超聲檢測法等檢測，變壓器局部放電是反映高壓電氣設(shè)備狀態(tài)的一個(gè)重要標(biāo)志，所以測量這個(gè)參數(shù)也十分重要；(4) 在線監(jiān)測套管的功率因數(shù)和電容，防止套管損壞；(5) 在線監(jiān)測油中濕度、溫度、酸度，確保油的運(yùn)行質(zhì)量；(6) 通過CT可在線監(jiān)測負(fù)載電流；(7) 在線監(jiān)測儲(chǔ)油柜的油位，通過安裝傳感器提供油滲漏信息；(8) 在線監(jiān)測冷卻裝置的功能及運(yùn)行情況，可自動(dòng)和遠(yuǎn)程控制風(fēng)機(jī)和熱油泵。

1.2 AC500 PM583-ETH的主要技術(shù)參數(shù)

本系統(tǒng)PLC采用ABB公司AC500系列可編程序控制器的PM583-ETH，這是一款性能極高的PLC，在國內(nèi)外各行業(yè)有較多的成功業(yè)績。為了滿足控制性能要求，選擇PLC設(shè)備時(shí)充分考慮了可靠性、先進(jìn)性和可擴(kuò)充性，能承受工業(yè)環(huán)境的要求，具有良好的抗酸性、抗腐蝕性，適應(yīng)較寬的溫度變化范圍，PM583-ETH的平均故障間隔時(shí)間也滿足系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行要求。PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、程序編寫方法簡單易學(xué)。PM583-ETH CPU有2個(gè)COM串口，RS232/485可設(shè)，一個(gè)FBP接口，帶有LCD顯示屏，集成以太網(wǎng)接口，這些接口使得它連接各種傳感器、網(wǎng)絡(luò)或擴(kuò)展模塊都十分便捷。

AC500系列PLC可以接收來自變壓器的I/O信號(hào)、模擬量信號(hào)、各種熱電偶電阻信號(hào)、RS232/485串口信號(hào)、TCP/IP信號(hào)等，同時(shí)也可以給變壓器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出各種接口的控制信號(hào)。因?yàn)锳C500系列PLC不僅擁2個(gè)自帶串口，擴(kuò)展串口也很容易，因此可以方便地?cái)U(kuò)展GPRS模塊，通過無線方式與監(jiān)控室進(jìn)行通訊。PLC上的以太網(wǎng)口遵循標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，可以通過光纖交換機(jī)完成與集中監(jiān)控室的遠(yuǎn)程通訊，如圖1所示。

圖1 各模塊通訊拓?fù)鋱D

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用2臺(tái)AC500系列PM583-ETH分別作為冗余系統(tǒng)的主CPU和備用CPU，組成高可靠性的冗余系統(tǒng)(HA)，通過CPU上集成的內(nèi)置以太網(wǎng)卡進(jìn)行主CPU和備用CPU之間的數(shù)據(jù)同步。CI590擴(kuò)展的DC522等模塊作為冗余系統(tǒng)的C31從站，每臺(tái)CPU擴(kuò)展一個(gè)以太網(wǎng)通訊卡CM577用于聯(lián)機(jī)通訊，如圖2所示。

圖2 PLC系統(tǒng)配置圖

2.2 PLC系統(tǒng)特點(diǎn)

在2個(gè)冗余CPU中下載一樣的程序，當(dāng)其中一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)在線切換到另一個(gè)CPU，不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)行中斷；

CI590為C31模塊，與2個(gè)CPU模塊通過RS485連接通信，同時(shí)CI590自帶16個(gè)可定義的輸入、輸出I/O量；

DC522為輸入、輸出模塊，可將16個(gè)I/O任意定義為輸入或輸出I/O；

AI531為模擬量輸入模塊，可支持標(biāo)準(zhǔn)的4～20 mA電流信號(hào)，1～5 V電壓信號(hào)，也支持多種熱電阻、熱電偶信號(hào)，并且每個(gè)I/O口都可單獨(dú)設(shè)置，這對(duì)于溫度、電流等參數(shù)測量非常便捷；DO523為模擬量輸出模塊，可支持電流、電壓模擬信號(hào)輸出。

3 程序設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)冗余CPU系統(tǒng)程序時(shí)，要調(diào)用ABB的庫文件HA_CS31_AC500_V20.lib，在HA系統(tǒng)中，相關(guān)應(yīng)用程序開發(fā)一般包括HA控制程序和主程序2部分，需調(diào)用庫HA_CS31_AC500_V20.lib中的一些功能塊，如調(diào)用冗余切換和診斷功能塊(HA_CS31_DIAG和HA_CS31_CONTROL)用以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)冗余，在主程序中調(diào)用數(shù)據(jù)同步及工藝相關(guān)的功能塊。本設(shè)計(jì)使用的程序開發(fā)環(huán)境為CoDeSys，圖3為LD方式開發(fā)的程序。

圖3 CoDeSys程序開發(fā)界面

4 結(jié)語

本文詳細(xì)闡述了ABB AC500 PLC在大型變壓器監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，分析了變壓器監(jiān)控參數(shù)，介紹了應(yīng)用AC500 PLC的穩(wěn)定冗余的監(jiān)控系統(tǒng)、各I/O模塊的功能及基于CoDeSys的PLC程序代碼，以實(shí)現(xiàn)對(duì)大型變壓器的參數(shù)監(jiān)控。這種高穩(wěn)定性、高安全性的PLC系統(tǒng)，將使電力變壓器運(yùn)行更為穩(wěn)定，進(jìn)一步保障電力供應(yīng)安全和可靠。

[1]黃東波.ABB AC500系列PLC在廣州番禺前鋒凈水廠中的應(yīng)用[J].給水排水動(dòng)態(tài)，2012(6)

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[3]錢蘇翔，沈曉梅.大型變壓器在線監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展[J].嘉興學(xué)院學(xué)報(bào)，2007(3)

[4]李淑娟.基于AC500和CS31總線的堆料機(jī)控制系統(tǒng)[J].民營科技，2010(7)

2014-06-20

楊艷青(1984—)，女，山西應(yīng)縣人，助理工程師，研究方向：變壓器試驗(yàn)、檢驗(yàn)。