S7-200smart西門子PLC在大龍潭發電廠技改中的應用

羅紅宇 羅智敏

摘 要：大龍潭發電廠地處云南省昆明市尋甸縣功山鎮，發電廠建于上世紀七十年代，調速器采用YT200型，發電機勵磁采用勵磁發電機勵磁，同期采用信號燈與整步表組合的并網裝置。2018年8月，云南晨鳴電器有限公司通過采用西門子S7-200 SMART PLC，實現對大龍潭發電廠發電機控制的自動化改造，實現大龍潭發電廠發電機控制升級改造，為電力企業發電廠升級改造提供新方法。

關鍵詞： 發電廠綜合自動化 PLC WINCC組態軟件;OPC通信;以太網

1 引言

在科技水平日新月異的今天，發電機控制逐漸開始向自動化方向轉變。發電廠的自動化系統能更好的保護控制發電機，提高發電的可靠性、安全性和發電效率。本文通過云南晨鳴電器有限公司對大龍潭發電廠發電機自動化改造方法的選擇與運用，達到高效經濟解決大龍潭發電廠發電機保護控制的難題，為穩步提升小型發電廠安全經濟運行提供新方法。

大龍潭發電廠現有發電機4臺、總裝機容量1600kW，發電站現有發電控制設備為我國上世紀七十年代產品，已無法滿足現代電網對發電站安全、可靠、經濟運行的要求。

2 問題提出

近年來，隨著南方電網的不斷發展，電網對發電廠的運行和管理需求也在不斷地變化，要保證電力生產安全有序進行，對大龍潭發電廠發電機控制改造也勢在必行。

如何建立一套適應大龍潭發電廠安全、經濟運行的發電自動化系統呢？答案就是：充分利用大龍潭發電廠現有的硬件，以保證電網和發電安全為目的。逐步實現數據資源、技術資源、設備資源共享，有效的節約維護成本及系統建設成本，達到大龍潭發電廠安全、可靠、經濟的運行。

3 調度采集傳輸系統建立

3.1大龍潭發電廠現實情況

（1）大龍潭發電廠建于上世紀七十年代，調速器采用YT200型，發電機勵磁采用勵磁發電機勵磁，同期采用信號燈與整步表組合的并網裝置;

（2）隨著尋甸電網的擴大，調度員需要有更多發電廠的信息，以便及時掌握發電廠的運行情況;

（3）為提高發電廠安全性，要求調度采用更多的遠方集中反事故措施等;

3.2建立的方法：

如何對大龍潭發電廠進行技改呢？既要達到大龍潭發電廠安全、可靠運行，又要達到經濟的運行。

提高發電廠的自動化水平，提高發電機的保護控制水平，提高發電的可靠性、安全性和發電效率。

（1）可編程控制器選擇：S7200smart 系列可編程控制器（簡稱PLC） 是西門子公司生產的小型的PLC， 除了其出色的硬件特點， 在性能、體積、重量、指令系統、運行速度等方面， 較過去的PLC 有了全面的提高和充實。它一推出就在各行各業得到廣泛的應用。

（2）S7200smart的可靠性：全新的S7-2 0 0 S M A R T 帶來兩種不同類型的C P U 模塊，標準型和經濟型，全方位滿足不同行業、不同客戶、不同設備的各種需求。標準型作為可擴展C P U 模塊，可滿足對I / O 規模有較大需求，邏輯控制較為復雜的應用;

網絡通信：豐富的通信端口，集成強大的以太網通信S7-200 SMAR T CPU 模塊本體集成1 個以太網接口和1 個RS485 接口，通過擴展CM01 信號板，其通信端口數量最多可增至3 個?？蓾M足小型自動化設備連接觸摸屏、變頻器等第三方設備的眾多需求。

以太網通信所有CPU 模塊標配以太網接口，支持西門子S7 協議、TCP/IP 協議、有效支持多種終端連接：可作為程序下載端口（使用普通網線即可）與SMART LINE HMI 進行通信通過交換機與多臺以太網設備進行通信，實現數據的快速交互最多支持4 個設備通信。

（3）工業控制軟件選擇：經過試驗比較組太王、力控、西門子WINCC等3個廠家的工控軟件后。我們采用西門子WINCC監控組態軟件”，WinCC運行于Microsoft Windows 下的Windows控制中心，已發展成為歐洲市場中的領導者，乃至業界遵循的標準。如果你想使設備和機器最優化運行，如果想最大程度地提高工廠的可用性和生產效率，WinCC當是上乘之選。

3.3系統平臺的構成：

大龍潭發電廠管理控制平臺，由主站和現場LCU屏兩部分組成。主站設在控制室，子站設在發電機旁，兩者之間通過光纖通信，以太網技術在大龍潭發電廠中的應用，實現有效地對現場設備進行控制，實現不同終端之間的數據交換與共享，發電廠的管理層還能夠通過網絡對現場進行實時監督，從而有效減少人力的消耗，節約相關的成本。網絡實現實時傳輸各項數據。該系統具有自動數據采集、控制、數據傳輸、設備運行狀態實時查看和設備故障及異常報警等功能。發電廠中的計算機設備是通過網絡與PLC直接相連的.通過計算機來對其進行自動化控制及操作，進而對發電廠的設備運行狀況進行實時監控與調整。其自動化控制及保護工作主要就是依據其設備中電氣參量和熱工參數的相關標準與限制從而對設備的運行狀態進行保護，構成一個保護的回路狀態。

3.3.1發電廠控制管理系統平臺的構成見圖1所示，其主要組成部分如下。

主站層：承擔系統當地監控管理任務，主服務器、備份服務器、交換機、防火墻、數據庫、工作站、操作系統、主站工控軟件、打印機和UPS電源。

網絡層包括：承擔與管理層和終端層的通信管理任務。

子站LCU包括：承擔就地單元的采集、保護、控制任務。

3.3.2 配置

（1）管理層：工控機、顯示器、打印機、不間斷電源、24口HUB、當地監控系統軟件、調試培訓軟件、規約轉換軟件。

（2）網絡層：1/8多串口卡、光纖收發器。

（3）終端層：就地采集控制PLC裝置、Autony系列保護裝置及其他站內原有設備。

大龍潭發電廠整個程序由主程序、自動開機子程序、停機子程序（包括事故、緊急事故停機）三部分組成，如圖1。機組開機或停機過程中相關設備的操作是分步進行的，前一設備的操作命令發出后，機組控制程序確定其已完成的條件下，才發出下一設備的操作命令。這是典型的順序控制，因此在軟件編程的時候我采用了狀態法編程的思想：即對于復雜的控制過程，將之分解為一個個的小狀態，分別對每一個小狀態編程后，再依這些小狀態的聯系將小狀態連接起來以實現總的控制任務。也就是說，將機組的開機和停機過程分解為一個個小狀態，再依據這些狀態間的聯系將它們聯系起來，這樣的設計方法像是模塊化設計一樣，無論是邏輯上，還是查找錯誤都變得很容易。

大龍潭發電廠自動發電控制功能包括功率控制、按給定水位控制發電二個部分組成。功率控制：大龍潭發電廠操作人員根據調度要求，通過監控軟件界面輸入。操作人員也可以根據實際需要確定功率給定值，發送給各機組LCU，從而控制機組出力。給定水位發電：按給定大龍潭水位發電，水電廠操作人員設定電廠運行的龍潭水位值，調節整個水電廠的出力，使得水電廠在設定的水頭下運行。同時，考慮在給定龍潭水位值下，盡可能地多發電，提高電廠的經濟效益。給定龍潭水位值由電廠操作人員手動輸入，當實際水位運行在給定水頭值的誤差允許范圍內運行時，機組在一定時期內以恒定負荷運行;當水位偏離給定水頭值允許區間時，按給定水位發電程序迅速調節機組出力，首先將實際水位重新調節到給定水位附近，然后重新調整機組出力，找到使電廠的進水量與出水量相平衡的機組出力值，在一定時期內維持機組出力值不變，從而維持水位的平衡。

4 建立后的效果

2013年2月，首先對大龍潭發電廠進行了技改，改造時間為90天。改造完成后，經過3個月時間的試運行，發電穩定達到設計要求，同時有效提升發電廠的運行狀況及相關的管理水平，還能夠極大程度地減少水資源的消耗，進而有效地提升發電企業的經濟效益。在發電廠中應用電氣自動化技術，不僅可以有效提升發電廠的運行狀況及相關的管理水平，同時還能夠極大程度地減少相關資源的浪費與消耗 ，進而有效地提升電力企業的經濟效益。

5 運行效果如下

5.1對發電機運行狀態實現實時監控

實現值班人員實時監視發電機的周波、電壓、潮流、負荷與主設備的位置狀況等方面的數據，通過控制使發電機參數符合規定，保證發電質量。

5.2提高電網的安全經濟調度

調度員根據電網數據在確保電網安全運行和滿足生產要求的基礎上，以現有的設備不變為前提，通過優化調整負載的分配、擇優選取發電廠的運行方式，最大限度地降低發電機的電能損耗。加強對發電廠上網負荷監視，包括電壓、電流、功率因數、功率等，及時指揮調整發電廠上網電壓、電流、功率因數、功率等。保證電網的平衡、穩定、可靠運行。

5.3實現對電網運行安全分析和事故處理

調度數據采集傳輸系統實現對電廠數據的監控、顯示、存儲。為電網運行，事故分析，提供相應的數據，為調度員及時預測、判斷或處理電網故障提供數據支持。也為防止電網瓦解崩潰，造成大面積停電，給用戶帶來經濟損失，提供相應的監控手段。

5.4提高電網規劃的預見性與經濟性

通過電廠數據采集傳輸系統能及時發現電網薄弱點，針對電網薄弱點及時分析總結并上報，為以后調度工作及電網規劃改造提供預見性的前期工作。

5.5降低電網損耗

通過調度員合理調度，降低變壓器的電能損耗、線路損耗、電網故障跳閘次數，提高電網安全經濟運行水平，為電網用戶提供更好的服務。

5.6改造后的運行情況

改造完成至今，發電廠尚未發生任何誤傳，誤跳，控制保護可靠。

5.7改造及運行費用

大龍潭發電廠系統改造費用總計為60萬余元，其中工控電腦二臺，配套軟件WINCC二套，LCU發電控制屏四臺，發電機勵磁屏四臺，直流屏一套，斷路器柜四臺。

5.8經濟效益分析

改造大龍潭發電廠市場價格：一個站大約為160萬元，其中工控電腦二臺，配套軟件WINCC二套，LCU發電控制屏四臺，發電機勵磁屏四臺，直流屏一套，斷路器柜四臺。

改造一個發電站總計60萬。而改造大龍潭發電廠市場價格：一個站大約為160萬元，通過對比就發現節省太多。

6 結束語

發電廠的電氣綜合自動化系統已經成為一種發展的方向與趨勢，做好電氣綜合自動化系統的建設能夠有效提升發電廠的運行效率與經濟效益。同時，應用電氣綜合自動化系統還能夠有效地減少相關資源的消耗，進而降低發電廠的運行成本，提升其在市場競爭中的地位。通過改造改善電站的運行條件，減少人力物力，是水電站實現“無人值班，少人值守”的基礎，為進一步提高尋甸電網安全經濟運行提供可能。

作者簡介：

羅紅宇（1968.2-）男，漢，云南昆明，大專，高級電氣工程師，總工，研究方向：電氣自動化。

（1.云南晨鳴電器有限公司 云南 昆明 650041;2.華中科技大學 湖北 武漢 430000）