西門子S7-300 PLC 在變電站中的應用

　　勝利油田有150 多座變電站，承擔著勝利油田整個油區、社區及東營區部分居民的用電，油田電網的安全運行對于保證原油產量持續上產和居民的安居樂業起著至關重要的作用。
　　從目前來看，油田變電站的控制和管理來看還是處于落后的狀況，與國外和一些先進省市相比具有很大的差異。對于直流系統，自動化監控程度低，大部分的變電站直流系統控制方式簡單，多為人工控制和調節，而電池也多為鉛酸電池，需要專門直流工進行維護。在管理水平上，變電站的設備管理記錄和統計都是值班人員填寫報表進行匯報。
　　隨著電子技術和通訊技術的飛速發展，變電站微機保護的成功改造，對直流系統的安全運行也提出了更高的要求。所以必需對直流系統進行改造和完善。向無人化監控管理發展，以達到減員增效和提高自動化管理水平的目的。
　　AEUD-WIII 全自動智能免維護直流屏采用模塊化設計、數字化控制，智能化程度高。該直流電源具有先進的系統監控功能，著重電池在線管理、接地選線、“四遙”通訊、告警顯示和事故追憶等功能進行開發，使得系統安全性、可靠性更高。
　　該系列全自動智能免維護直流屏采用SEIMENS 公司生產的OP170B 型人機界面,該監控模塊具有結構緊湊、顯示分辨率高、可靠性高、壽命長等優點。通過人機界面可以完成整流模塊啟動，充電狀態顯示，查看報警信息，手動電池巡檢，絕緣監察、接地選線、報警試驗、報警復位等直流屏的所有操作，并能顯示直流屏的原理圖及各個運行參數和各種故障信息。控制模塊采用S7-300 系列模塊，進行數字和模擬信號的采集及輸出。一、控制要求
　　①整個系統實現了數字化控制、電壓調節等都可由PCC 通過軟件實現，提高了系統運行的可靠性。
　　②大屏幕液晶顯示屏，漢字菜單驅動，在線幫助，操作簡單方便；
　　③智能化的電池管理，主、浮充自動轉換，手動和自動實時監控電池狀態。
　　④接地選線功能，實時監控母線和支路絕緣狀況。
　　⑤完善的告警處理及事故追憶功能，全面掌握系統運行狀態。
　　⑥完善的“四遙”功能，監控中心能夠監控直流系統。
　　二、硬件系統構成
　　根據以上要求，我們開發研制了孤北電廠集中控制室直流控制系統。系統配
　　置如下：
　　1、PLC 配置
　　變電站直流監控系統的PLC 采用SIEMENS 的S7-300 系列模塊，根據系統要求，PLC 總體配置如下：
　　① 中央處理模塊（CPU）：選用CPU314。
　　② 數字量輸入模塊（DI）：選用SM321,共1 塊（16 點/塊）。處理4 點輸入信號。
　　③ 數字量輸出模塊（DO）：選用SM322, 共4 塊（16 點/塊）。處理56 點輸入信號。
　　④ 模擬量輸入模塊（AI）：選用SM331,共1 塊（8 點/塊）。處理8 點輸入信號。
　　⑤ 模擬量輸入、出模塊（AI）：選用SM334,共1 塊（4 點入和2 點出/塊）。處理
　　2 點輸入和2 點輸出信號。
　　2、操作屏配置
　　操作屏采用兩個OP170B，一個安裝在控制柜，一個安裝在監控中心。三、監控系統軟件變電站直流監控系統的軟件主要有兩部分：顯示單元和軟件單元。
　　顯示單元：主畫面、電池巡檢畫面、電池組電壓記錄畫面、絕緣監察、當前報警畫面、歷史報警畫面、累計運行畫面等畫面。
　　軟件單元：系統時鐘讀取、整流器控制、電池巡檢、絕緣監察、接地選線、限流電阻控制、累計運行時間、當前報警處理、歷史報警信息處理、報警試驗、
　　(一)、顯示單元：
　　操作屏采用工業級人機界面。主要完成下列任務：直流系統運行監控、故障報警、記錄和排除提示、參數設置、模擬鍵盤操作、數據記錄處理、累計運行時間等的運行時間和控制。
　　主畫面 電池巡檢
　　
　　（二）、控制軟件單元：（只摘錄部分功能軟件）
　　1、整流器控制
　　給定延時
　　A F1_k1
　　AN F1_k2
　　= DO_k1
　　主充電機給定A DI_k1
　　JNB _001
　　CALL FB 21 , DB21
　　_001: NOP 0
　　主充電機給定復位
　　AN DI_k1
　　AN DI_k2
　　= L 0.0
　　A L 0.0
　　BLD 102
　　S float_charge
　　A L 0.0
　　JNB _004
　　L 0
　　T ug_hm0
　　_004: NOP 0
　　A L 0.0
　　JNB _005
　　L 0
　　T ug_hm1
　　_005: NOP 0
　　A L 0.0
　　JNB _006
　　L 0
　　T DB66.DBD 580
　　_006: NOP 0
　　主浮充轉換
　　A(
　　O DI_k1
　　O DI_k2
　　)
　　JNB _003
　　CALL FB 20 , DB20
　　_003: NOP 0
　　2、巡檢：
　　能夠自動（每天定時）和手動進行電池巡檢。（部分程序）
　　每天10 點自動電池巡檢A(
　　L MW 22
　　L 10
　　==I
　　)
　　FP M 15.2
　　AN scan_end
　　S scan_start
　　按下面板電池巡檢鍵,手動進行電池巡檢
　　A(
　　A F3_bat_scan
　　FP M 15.3
　　O(
　　A F3_bat_scan
　　FN M 15.4
　　)
　　)
　　AN scan_end
　　S scan_start
　　電池巡檢開始
　　A scan_start
　　JNB _001
　　CALL FB 23 , DB23
　　_001: NOP 0
　　電池巡檢開始，畫面轉到電池巡檢畫面
　　A scan_start
　　FP M 17.4
　　JNB _002
　　L 2
　　T MW 102
　　_002: NOP 0
　　電池巡檢結束,復位電池組序號,
　　L MW 186
　　L 18
　　==I
　　= L 0.0
　　A L 0.0
　　JNB _003L 0
　　T MW 116
　　_003: NOP 0
　　A L 0.0
　　JNB _004
　　L DB65.DBW 100
　　T MW 118
　　_004: NOP 0
　　A L 0.0
　　BLD 102
　　L S5T#2S
　　SD T 51
　　電池巡檢結束,置位電池巡檢標志位
　　A T 51
　　= L 0.0
　　A L 0.0
　　JNB _005
　　L 0
　　T MW 186
　　_005: NOP 0
　　A L 0.0
　　BLD 102
　　S scan_end
　　電池巡檢結束后,進行過、欠壓判斷
　　A scan_end
　　JNB _006
　　CALL FB 24 , DB24
　　_006: NOP 0
　　3、絕緣監察及接地選線：
　　能夠自動（每天定時）和手動進行絕緣監察及接地選線。（部分程序）
　　判斷系統時鐘是否為9 點，若是，則啟動自動執行絕緣監察功能
　　A(
　　L MW 22
　　L 9
　　==I
　　)
　　FP M 15.5S auto_gnd_chk
　　根據絕緣監察霍爾電壓采樣值與設定值的大小，判斷是否出現不平衡接地，若出現，則啟動
　　AN gnd_chk
　　= L 2.0
　　A L 2.0
　　A(
　　L MW 148
　　L MW 122
　　>I
　　)
　　FP M 15.6
　　S en_unbalance
　　A L 2.0
　　A(
　　L MW 148
　　L MW 122
　　<=I
　　)
　　FP M 15.7
　　R en_unbalance
　　使絕緣監察啟動的三種條件，有任何一個滿足要求，則開始絕緣監察
　　A(
　　O auto_gnd_chk
　　O(
　　A en_unbalance
　　FP M 16.1
　　)
　　O(
　　A en_unbalance
　　FN M 16.2
　　)
　　O(
　　A F4_gnd_chk
　　FP M 16.3
　　)
　　O(
　　A F4_gnd_chk
　　FN M 16.4
　　))
　　AN gnd_chk
　　S en_chk
　　進行絕緣監察時，進入絕緣監察畫面
　　A en_chk
　　FP M 17.5
　　JNB _001
　　L 4
　　T MW 102
　　_001: NOP 0
　　監察完畢，進行監察使能復位
　　A M 17.0
　　R en_chk
　　R gnd_chk
　　監察完畢，進行對地電阻值，電壓值記錄及進行報警
　　A M 17.0
　　JNB _009
　　CALL FB 25 , DB25
　　_009: NOP 0
　　4、當前報警及歷史報警信息處理：（程序略）
　　故障分類為二級:分為一般故障和致命故障。
　　一般故障包括：
　　當發生此類故障時，僅聲光預警，不中斷當前操作。根據系統中產生的各種故障實施相關的故障聲光報警和記錄，此刻顯示屏進入故障報警畫面，顯示故障內容，性質，時刻，按ACK 解除聲音報警，但故障顯示仍然存在，直至解除故障。
　　致命故障包括：
　　當發生此類故障，將禁止所有控制輸出，聲光報警，在顯示屏上顯示故障類型、內容、時刻。只有在排除故障，按人工復位鍵后系統恢復正常工作。
　　普通故障指示（K8）
　　L MW 84
　　L 1
　　==I
　　= M 8.4
　　致命故障指示（K9）
　　L MW 84
　　L 2==I
　　= M 8.7
　　5、顯示畫面及LED 燈指示
　　主充電機運行指示燈（F1）
　　A DI_k1
　　= M 6.0
　　= M 6.1
　　主充電機直流輸出故障閃爍報警控制（故障）
　　A(
　　O(
　　L DB65.DBW 202
　　L 1
　　==I
　　)
　　O(
　　L DB65.DBW 204
　　L 1
　　==I
　　)
　　)
　　JNB _00f
　　L 1
　　T MW 52
　　_00f: NOP 0
　　蓄電池充電狀態顯示控制（主充）
　　A DI_bat
　　AN float_charge
　　JNB _019
　　L 1
　　T MW 68
　　_019: NOP 0
　　蓄電池充電狀態顯示控制（浮充）
　　A DI_bat
　　A float_charge
　　JNB _01a
　　L 2
　　T MW 68
　　_01a: NOP 0

四、結束語
　　變電站直流監控系統自1999 年開發后（S7-200 系統），2001 年進行改進（S7-300 系統），至今已近四年，正常運行證明：整個系統設計先進、合理，操作簡單，可靠性高，完全符合用戶預期的要求，已經在勝利油田得到廣泛應用，2002 年獲得了勝利]油田推廣應用項目二等獎，不久將推廣應用至其它地區。