S7-200PLC在变电站用交流配电盘上的应用

    贵阳市南供电局110kV观水变电站是贵阳市南明区的主要供电站，变电站用配电盘运行的稳定可靠性直接影响到向整个区大部分的生产、生活供电，原用的配电盘系统功能简单、自动化程度不高、控制方式落后，对供电局实现无人值守变电站和配网自动化带来很多不变，也不能时刻保证城区电网供电的电源质量。因此，2005年5月对该配电盘进行了设备改造，改造以西门子公司的S7—200PLC做控制中心，TP270做监控操作中心，其它配电设备和监测设备均采用国外知名厂家产品。
新的配电盘通过电压监测模块监测1、2号变电站站用变压器的供电情况，由PLC控制ATS开关（Automatic Transfer Switch）进行自动投切和互投操作，馈线监测模块将馈线装置的状态、动作及多种电能参数进行监控，确保变电站的各辅助系统稳定运行，所有装置的操作、运行情况和电能参数通过PLC在TP270上得以体现和记录，并通过RS-485或LAN将各种信号传送到供电调度中心和集控中心，以便及时进行供电调度和设备检修。
    设备改造中使用了西门子公司的224XP-CPU、TP270人机界面、EM221数字量输入模块、EM222数字量输出模块和CP243-1以太网通讯模块。

名 称	型 号	数 量	备 注
PLC	224XP	1	AC/DC/R/Port×2
DI	EM221×8	4	DC24V
DO	EM222×8	2	DC24V
CP	243-1	1
HMI	TP270	1	10寸
电压监测模块	GKR-02	2
多功能监测模块	DIRIS AP	1
馈线开关状态监测模块	OF	40	DC24V
隔离开关	CD630A	2
ATS	MICRO	1
电动操作馈电开关	NS200A	2
馈电开关	NS125A	6
馈电开关	C65/63A	28
电源模块	24V/2.5A	1
编程软件	MicroWin4.0	1
编程软件	ProTools/Pro6.0	1

表1 系统配置表

图2应用中的画面

    应用S7-200PLC升级过后的变电站站用配电盘（智能配电屏），改变了以前电能数据采集麻烦、运行方式单一、必须现场手动操作等问题，现在除了保留必须的手动操作方式外，根据运行方式PLC能控制ATS开关任意切换在电源I或II上运行，当运行电源进线失压时，另一电源进线能可靠自投或恢复，同时可进行远程操作，解决了目前ATS产品控制投切不准确，操作方式单一和远程控制的问题。改造以前的配电盘上有着各种电能仪表，现在只需一块多功能仪表就能完成电压、电流、频率、有功功率、无功功率等各种电能参数的监测、采集和数据分析，还有谐波分析、模拟量和报警输出等功能。站用配电屏还能监控每一馈电回路的电流和工作状态，整个配电盘的任何一个动作、操作和故障报警都及时显示并储存在TP270上，通过MODBUS总线可以把这些数据传到附近的控制中心，也可以通过以太网将数据传到数公里之外的调度中心，以便于进行更好的运行维护和管理。
    在设计过程中最大的问题就是如何将智能仪表的数据通过S7-200PLC读到TP270上。本系统中的智能仪表用的是MODBUS_RUT协议，只能做从站使用，也就是说S7-200PLC必须做主站去读取仪表的数据，在现行的资料中只有S7——200PLC做MODBUS从站的资料，要S7-200PLC做主站就只有自己编写用自由口做MODBUS主站的程序，由于仪表提供的数据较多且数据地址分散，再加上要求每秒刷新一次，还要做数据的CRC校验，编写这样的通讯程序是有一定难度的，如果逐一地址的编写程序，那么程序就会过长，会影响总循环时间，不但做不到1秒钟刷新一次，可能还会引起端口发送、接收冲突和CRC校验出错，经过反复的研究实验，最后在程序中采用了用计数器来轮询地址的方法，从而减少了程序量和总循环时间。部分程序如下：（OB1主要功能为初始化端口为自由口，初始化发送和接收的数据格式，设定轮询时间，轮询和中断连接;SBR5和SBR6做发送和接收数据的CRC校验，CRC检验主要通过字节异或循环，移位循环和公式异或做发送数据的CRC校验;中断1为接收数据;中断2对接收CRC校验结果验证）
    OB1

　　LD SM0.1 初始化端口

　　MOVB 16#09, SMB30

　　MOVB 16#9C, SMB87

　　MOVW +150, SMW92

　　MOVW +0, SMW90

　　MOVB 50, SMB94

　　LD SM0.1 初始化发送数据

　　MOVB 16#08, VB2100

　　MOVB 16#05, VB2101

　　MOVB 16#03, VB2102

　　MOVB 16#03, VB2103

　　MOVB 16#0, VB2104

　　MOVB 16#0, VB2105

　　MOVB 16#02, VB2106

　　LD SM0.1 初始化接收数据

　　MOVB 16#09, VB1200

　　MOVB 16#05, VB1201

　　MOVB 16#03, VB1202

　　MOVB 16#04, VB1203

　　LD SM0.0 设定轮询时间

　　AN T96

　　TON T32, +150

　　LD SM0.0

　　A T32

　　TON T96, +150

　　LD T32

　　EU

　　LD C1

　　CTU C1, 16#10

　　LD SM0.0

　　AW= 16#0, C1

　　EU

　　MOVW 16#0300, VW2103 发送轮询数据

　　CALL CRC:SBR5

　　XMT VB2100, 0

　　LD SM0.0

　　AW= 16#1, C1

　　EU

　　MOVW 16#0302, VW2103

　　CALL CRC:SBR5

　　XMT VB2100, 0

　　LD SM0.0

　　AW= 16#02, C1

　　EU

　　MOVW 16#0304, VW2103

　　CALL CRC:SBR5

　　XMT VB2100, 0

　　…… ……

　　LD SM0.7 中断连接

　　ATCH INT_0:INT0, 9

　　ATCH INT_1:INT1, 23

　　ENI

　　SRB6（SBR5同SBR6）

　　LD Always_On:SM0.0 读出数据长度 ，初始化CRC字

　　MOVB VB1200, VB1301

　　MOVW VW1300, VW1302

　　-I 16#02, VW1302

　　MOVW 16#FFFF, VW1306

　　MOVD &VB1200, VD1400

　　FOR VW1304, 16#1, VW1302

　　LD Always_On:SM0.0 字节异或循环

　　+D 16#1, VD1400

　　MOVB ＊VD1400, VB1410

　　XORB VB1410, VB1307

　　FOR VW1310, 16#1, 16#08

　　LD Always_On:SM0.0 移位循环

　　MOVW VW1306, VW1420

　　SRW VW1306, 1

　　LD SM1.1 公式异或

　　XORW 16#A001, VW1306

　　NEXT

　　NEXT

　　LD Always_On:SM0.0 CRC16字传递

　　MOVB VB1307, VB1100

　　MOVB VB1306, VB1101

　　INT1

　　LD Always_On:SM0.0

　　RCV VB2200, 0

　　INT2

　　LD SM86.7

　　O SM86.6

　　O SM86.0

　　CRETI

　　LD Always_On:SM0.0

　　MOVD VD2204, VD1204

　　LD Always_On:SM0.0

　　CALL CRC16:SBR6

　　LDW<> VW1100, VW2208

　　CRETI

　　LDW= 16#0, C1

　　MOVD VD2204, VD2500

　　LDW= 16#1, C1

　　MOVD VD2204, VD2504

　　…… ……

　　经过改造的设备自2005年7月运行以来，系统稳定、功能强大、操作简单，赢得了用户的一致好评，为变电站的无人值守和变电站的安全运行提供了有利保障。