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

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，湖南 衡陽 421001)

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

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，湖南 衡陽 421001)

闡述了ABB AC500 PLC在大型變壓器監(jiān)控系統(tǒng)中的應用情況，分析了變壓器監(jiān)控參數(shù)，介紹了應用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，以實現(xiàn)對大型變壓器的參數(shù)監(jiān)控。

變壓器；監(jiān)控系統(tǒng)；PLC

0 引言

ABB集團位列全球500強企業(yè)，是電力和自動化技術領域的領導廠商，也是擁有100多年歷史的國際性企業(yè)。AC500是ABB一款靈活的擴展升級產(chǎn)品，能夠適應各種不同的自動化任務，各種相關的設備可以根據(jù)用戶需求靈活組合和使用，從而實現(xiàn)庫存的最小化。ABB的PLC是世界上速度最快、運行最可靠的產(chǎn)品之一，運行溫度為-30～+70 ℃，可在海拔4 000 m的惡劣環(huán)境中運行。設計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，并通過計算實時顯示變壓器各熱點的運行溫度；(2) 通過瓦斯傳感器可監(jiān)測油中可燃氣體總量，同時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備狀態(tài)的一個重要標志，所以測量這個參數(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，確保油的運行質(zhì)量；(6) 通過CT可在線監(jiān)測負載電流；(7) 在線監(jiān)測儲油柜的油位，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行情況，可自動和遠程控制風機和熱油泵。

1.2 AC500 PM583-ETH的主要技術參數(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設備時充分考慮了可靠性、先進性和可擴充性，能承受工業(yè)環(huán)境的要求，具有良好的抗酸性、抗腐蝕性，適應較寬的溫度變化范圍，PM583-ETH的平均故障間隔時間也滿足系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行要求。PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、程序編寫方法簡單易學。PM583-ETH CPU有2個COM串口，RS232/485可設，一個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)絡或擴展模塊都十分便捷。

AC500系列PLC可以接收來自變壓器的I/O信號、模擬量信號、各種熱電偶電阻信號、RS232/485串口信號、TCP/IP信號等，同時也可以給變壓器的執(zhí)行機構(gòu)輸出各種接口的控制信號。因為AC500系列PLC不僅擁2個自帶串口，擴展串口也很容易，因此可以方便地擴展GPRS模塊，通過無線方式與監(jiān)控室進行通訊。PLC上的以太網(wǎng)口遵循標準的TCP/IP協(xié)議，可以通過光纖交換機完成與集中監(jiān)控室的遠程通訊，如圖1所示。

圖1 各模塊通訊拓撲圖

2 系統(tǒng)設計

2.1 PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用2臺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)卡進行主CPU和備用CPU之間的數(shù)據(jù)同步。CI590擴展的DC522等模塊作為冗余系統(tǒng)的C31從站，每臺CPU擴展一個以太網(wǎng)通訊卡CM577用于聯(lián)機通訊，如圖2所示。

圖2 PLC系統(tǒng)配置圖

2.2 PLC系統(tǒng)特點

在2個冗余CPU中下載一樣的程序，當其中一個出現(xiàn)故障時，自動在線切換到另一個CPU，不會產(chǎn)生運行中斷；

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

DC522為輸入、輸出模塊，可將16個I/O任意定義為輸入或輸出I/O；

AI531為模擬量輸入模塊，可支持標準的4～20 mA電流信號，1～5 V電壓信號，也支持多種熱電阻、熱電偶信號，并且每個I/O口都可單獨設置，這對于溫度、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、電壓模擬信號輸出。

3 程序設計

在設計冗余CPU系統(tǒng)程序時，要調(diào)用ABB的庫文件HA_CS31_AC500_V20.lib，在HA系統(tǒng)中，相關應用程序開發(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)同步及工藝相關的功能塊。本設計使用的程序開發(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

本文詳細闡述了ABB AC500 PLC在大型變壓器監(jiān)控系統(tǒng)中的應用情況，分析了變壓器監(jiān)控參數(shù)，介紹了應用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，以實現(xiàn)對大型變壓器的參數(shù)監(jiān)控。這種高穩(wěn)定性、高安全性的PLC系統(tǒng)，將使電力變壓器運行更為穩(wěn)定，進一步保障電力供應安全和可靠。

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

2014-06-20

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