西门子S7-300PLC在变电站中的应用———西门子S7-300系列PLC

胜利油田有150 多座变电站，承担着胜利油田整个油区、社区及东营区部分居民的用电，油田电网的安全运行对于保证原油产量持续上产和居民的安居乐业起着至关重要的作用。
从目前来看，油田变电站的控制和管理来看还是处于落后的状况，与国外和一些先进省市相比具有很大的差异。对于直流系统，自动化监控程度低，大部分的变电站直流系统控制方式简单，多为人工控制和调节，而电池也多为铅酸电池，需要专门直流工进行维护。在管理水平上，变电站的设备管理记录和统计都是值班人员填写报表进行汇报。
随着电子技术和通讯技术的飞速发展，变电站微机保护的成功改造，对直流系统的安全运行也提出了更高的要求。所以必需对直流系统进行改造和完善。向无人化监控管理发展，以达到减员增效和提高自动化管理水平的目的。
AEUD-WIII 全自动智能免维护直流屏采用模块化设计、数字化控制，智能化程度高。该直流电源具有先进的系统监控功能，着重电池在线管理、接地选线、“四遥”通讯、告警显示和事故追忆等功能进行开发，使得系统安全性、可靠性更高。
该系列全自动智能免维护直流屏采用SEIMENS 公司生产的OP170B 型人机界面,该监控模块具有结构紧凑、显示分辨率高、可靠性高、寿命长等优点。通过人机界面可以完成整流模块启动，充电状态显示，查看报警信息，手动电池巡检，绝缘监察、接地选线、报警试验、报警复位等直流屏的所有操作，并能显示直流屏的原理图及各个运行参数和各种故障信息。控制模块采用S7-300 系列模块，进行数字和模拟信号的采集及输出。一、控制要求
①整个系统实现了数字化控制、电压调节等都可由PCC 通过软件实现，提高了系统运行的可靠性。
②大屏幕液晶显示屏，汉字菜单驱动，在线帮助，操作简单方便；
③智能化的电池管理，主、浮充自动转换，手动和自动实时监控电池状态。
④接地选线功能，实时监控母线和支路绝缘状况。
⑤完善的告警处理及事故追忆功能，全面掌握系统运行状态。
⑥完善的“四遥”功能，监控中心能够监控直流系统。
二、硬件系统构成
根据以上要求，我们开发研制了孤北电厂集中控制室直流控制系统。系统配
置如下：
1、PLC 配置
变电站直流监控系统的PLC 采用SIEMENS 的S7-300 系列模块，根据系统要求，PLC 总体配置如下：
① 中央处理模块（CPU）：选用CPU314。
② 数字量输入模块（DI）：选用SM321,共1 块（16 点/块）。处理4 点输入信号。
③ 数字量输出模块（DO）：选用SM322, 共4 块（16 点/块）。处理56 点输入信号。
④ 模拟量输入模块（AI）：选用SM331,共1 块（8 点/块）。处理8 点输入信号。
⑤ 模拟量输入、出模块（AI）：选用SM334,共1 块（4 点入和2 点出/块）。处理
2 点输入和2 点输出信号。
2、操作屏配置
操作屏采用两个OP170B，一个安装在控制柜，一个安装在监控中心。三、监控系统软件变电站直流监控系统的软件主要有两部分：显示单元和软件单元。
显示单元：主画面、电池巡检画面、电池组电压记录画面、绝缘监察、当前报警画面、历史报警画面、累计运行画面等画面。
软件单元：系统时钟读取、整流器控制、电池巡检、绝缘监察、接地选线、限流电阻控制、累计运行时间、当前报警处理、历史报警信息处理、报警试验、
(一)、显示单元：
操作屏采用工业级人机界面。主要完成下列任务：直流系统运行监控、故障报警、记录和排除提示、参数设置、模拟键盘操作、数据记录处理、累计运行时间等的运行时间和控制。
主画面 电池巡检

（二）、控制软件单元：（只摘录部分功能软件）
1、整流器控制
给定延时
A "F1_k1"
AN "F1_k2"
= "DO_k1"
主充电机给定A "DI_k1"
JNB _001
CALL FB 21 , DB21
_001: NOP 0
主充电机给定复位
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
主浮充转换
A(
O "DI_k1"
O "DI_k2"
)
JNB _003
CALL FB 20 , DB20
_003: NOP 0
2、巡检：
能够自动（每天定时）和手动进行电池巡检。（部分程序）
每天10 点自动电池巡检A(
L MW 22
L 10
==I
)
FP M 15.2
AN "scan_end"
S "scan_start"
按下面板电池巡检键,手动进行电池巡检
A(
A "F3_bat_scan"
FP M 15.3
O(
A "F3_bat_scan"
FN M 15.4
)
)
AN "scan_end"
S "scan_start"
电池巡检开始
A "scan_start"
JNB _001
CALL FB 23 , DB23
_001: NOP 0
电池巡检开始，画面转到电池巡检画面
A "scan_start"
FP M 17.4
JNB _002
L 2
T MW 102
_002: NOP 0
电池巡检结束,复位电池组序号,
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
电池巡检结束,置位电池巡检标志位
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"
电池巡检结束后,进行过、欠压判断
A "scan_end"
JNB _006
CALL FB 24 , DB24
_006: NOP 0
3、绝缘监察及接地选线：
能够自动（每天定时）和手动进行绝缘监察及接地选线。（部分程序）
判断系统时钟是否为9 点，若是，则启动自动执行绝缘监察功能
A(
L MW 22
L 9
==I
)
FP M 15.5S "auto_gnd_chk"
根据绝缘监察霍尔电压采样值与设定值的大小，判断是否出现不平衡接地，若出现，则启动
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
)
FP M 15.7
R "en_unbalance"
使绝缘监察启动的三种条件，有任何一个满足要求，则开始绝缘监察
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"
进行绝缘监察时，进入绝缘监察画面
A "en_chk"
FP M 17.5
JNB _001
L 4
T MW 102
_001: NOP 0
监察完毕，进行监察使能复位
A M 17.0
R "en_chk"
R "gnd_chk"
监察完毕，进行对地电阻值，电压值记录及进行报警
A M 17.0
JNB _009
CALL FB 25 , DB25
_009: NOP 0
4、当前报警及历史报警信息处理：（程序略）
故障分类为二级:分为一般故障和致命故障。
一般故障包括：
当发生此类故障时，仅声光预警，不中断当前操作。根据系统中产生的各种故障实施相关的故障声光报警和记录，此刻显示屏进入故障报警画面，显示故障内容，性质，时刻，按ACK 解除声音报警，但故障显示仍然存在，直至解除故障。
致命故障包括：
当发生此类故障，将禁止所有控制输出，声光报警，在显示屏上显示故障类型、内容、时刻。只有在排除故障，按人工复位键后系统恢复正常工作。
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、显示画面及LED 灯指示
主充电机运行指示灯（F1）
A "DI_k1"
= M 6.0
= M 6.1
主充电机直流输出故障闪烁报警控制（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
蓄电池充电状态显示控制（主充）
A "DI_bat"
AN "float_charge"
JNB _019
L 1
T MW 68
_019: NOP 0
蓄电池充电状态显示控制（浮充）
A "DI_bat"
A "float_charge"
JNB _01a
L 2
T MW 68
_01a: NOP 0四、结束语
变电站直流监控系统自1999 年开发后（S7-200 系统），2001 年进行改进（S7-300 系统），至今已近四年，正常运行证明：整个系统设计先进、合理，操作简单，可靠性高，完全符合用户预期的要求，已经在胜利油田得到广泛应用，2002 年获得了胜利]油田推广应用项目二等奖，不久将推广应用至其它地区。