基于網絡控制的供電切換控制系統設計

張暉

摘 要：該文主要闡述了通訊網絡在供電切換控制系統中的應用，以網絡通訊方式實現系統控制信號的實時傳遞和交換。整體系統由5臺電源和10臺切換柜組成，具備故障自動三級備用切換及停電自啟等功能。其中電源之間的故障切換由切換柜控制，而切換柜需要實時監測電源的工作狀態，在電源故障或停電時發出切換控制指令，因此15臺設備之間需要進行大量的控制信號聯絡。該文中的通訊采用1主15從的網絡拓撲結構，利用PLC主從通訊（MS）和直接數據交換通信（DX）技術，根據供電切換系統的各種切換方式和功能，實現了系統內任意電源與任意切換柜之間復雜的控制信號以全雙工方式的通訊功能。通過搭建試驗網絡平臺，模擬供電切換系統的所有設備，開展網絡通訊數據量與信號響應速率測試，以及系統切換功能驗證。

關鍵詞：Profibus-DP 控制聯絡信號 直接數據交換通信

中圖分類號：TN86 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（b）-0016-01

實際工業應用的供電系統由多臺電源和與之配套的切換柜組成。這些電源通過切換柜實現故障切換，確保供電系統對負載供電的連續性。

該文通訊設計基于PROFIBUS總線，采用西門子直接數據通訊（DX）技術，并使用西門子PLC（可編程邏輯控制器）作為主控制器，實現多臺設備之間控制信號的傳遞。應用通訊網絡替代傳統干節點的控制方式實現系統功能，網絡通訊設計中可使用布爾量、整數、浮點數等不同類型變量，便于控制程序設計，提高系統切換控制的準確性。

1 供電系統簡介及切換控制系統設計要求

供電系統設置5臺電源，每臺電源通過2臺切換柜與負載連接，共計15臺設備。在電源發生故障時，切換柜負責工作電源、備用電源和檢修電源的切換，保證主機的連續供電，保障主機的長期穩定運行。切換柜除擔負切換電源工作外，還負責啟停電源以及投切補償電容和短接（消除反電動勢）。

2 網絡結構

網絡底層為DP從站，由15臺設備主控制器PLC CPU模塊組成，通過PLC擴展模塊采集設備內供電參數信號和部件狀態信號，由PLC CPU模塊進行轉換處理后向主站發送。

網絡中間層為DP主站。主站通過1個PLC CPU模塊與15個從站CPU模塊組成1主15從的網絡結構。主站不僅收集所有從站上傳的數據，還將這些數據通過網絡接口上傳至供電監控系統。

網絡上層為供電監控系統。利用主站預留的網絡Profinet接口，監控系統通過網絡交換機以工業以太網形式進行供電參數的采集。

3 硬件選型

根據西門子300系列PLC在工業的應用情況，其穩定性和可靠性較高，通訊及數據處理能力強大，適合復雜的邏輯控制設計，滿足本文通訊及切換的控制。從站選用西門子CPU 313C-2DP模塊，該CPU自帶1個DP接口及32點DI/DO通道。作為DP從站具備直接數據交換功能，可實現從站之間的通訊功能。

系統主站選用西門子314-2PN/DP，該CPU包括1個DP接口和2個Profinet網絡接口，主站DP接口與從站DP接口通過DP插頭并行連接，形成1主15從通訊網絡。通過Profinet網絡接口可將主站數據上傳至供電監控系統。作為DP主站最大數據輸入量為2003個字節，根據從站上傳數據量的統計，主站滿足主從通訊運行要求。314C-2PN/DP最大數據輸出量為2010個字節。

4 直接數據通信硬件設置

從站直接數據通信根據供電系統電源與切換柜連接關系進行硬件組態，發送從站地址實際為該從站主從通訊上傳數據所設定的起始地址，組態時只需設定接收從站地址，并根據數據量規定數據長度。直接數據通信只需在接收從站進行硬件組態。

按照供電系統控制方式，電源與切換柜之間聯絡信號為：啟動信號（來自切換柜）、啟動完成信號（來自電源）、總故障信號（來自電源）。因此任意1臺電源與1臺切換柜通訊實際接收和發送聯絡控制信號分別為1個字節，本次通訊設計1個工作電源從站向1個工作切換柜從站均發送32個字節數據，1個工作切換柜從站向1個工作電源從站發送32個字節數據，1個切換柜從站向1個檢修電源從站發送16個字節數據，1個電源從站向1個檢修切換柜從站發送40個字節數據。

直接數據通信只需在接收站從站進行硬件組態。

5 直接數據通信的程序設計

因為直接數據通信中發送從站地址實際是主從通訊發送從站通信區的發送起始地址，因此只需在接收從站進行程序的編寫。

數據塊（DB）：根據不同的發送從站在接收從站建立相應接收數據塊，數據塊大小為32個字節，存放相應接收的數據。

功能塊（FC）：調用系統功能塊SFC14，將接收區數據解包到指定數據塊中。發送從站除發送控制信號外，還向接收從站發送模擬量信號。

組織塊（OB1）：調用功能塊（FC）。

6 結語

該項目使用西門子PLC（可編程邏輯控制器）作為電源和切換柜的主控制器，采用直接數據通信（DX）技術，較好地實現了切換柜單元內電源和切換柜之間的數據通訊，達到了最初項目預期設計要求。為保證系統運行的可靠性，在系統設計中加入少量干節點連接，干節點與通訊形成冗余模式，更進一步提高了供電系統的穩定性和可靠性。

參考文獻

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