基于PLC的發(fā)電機故障錄波系統(tǒng)的研究與設(shè)計2009

　　發(fā)電機是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它的可靠運行對于保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要意義。發(fā)電機故障錄波裝置所記錄的數(shù)據(jù)為工作人員正確分析發(fā)電機故障原因，研究事故對策，及時處理事故提供了可靠的依據(jù)，同時，根據(jù)故障錄波數(shù)據(jù)還可以分析系統(tǒng)的故障參數(shù)、各電氣量的變化規(guī)律，進行故障定位等，這些對于保證電力系統(tǒng)的安全可靠運行起著十分重要的作用。可編程控制器（Programmable Logic Controller，簡稱PLC）作為工業(yè)控制專用的計算機，由于其結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)良，抗干擾性能好，可靠性高，在機械、化工、橡膠、電力等行業(yè)工業(yè)控制現(xiàn)場已日趨廣泛地得到應(yīng)用，成為工控現(xiàn)場進行實時控制的最主要的控制裝置。本文介紹一種利用可編程控制器和擴展模擬量模塊實現(xiàn)發(fā)電機故障錄波的方法。

　　2. 系統(tǒng)的組成和工作原理

　　系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示,由上位計算機和1套PLC測控系統(tǒng)組成。PLC通過外部變送器、互感器與發(fā)電機組相連，發(fā)電機機端電壓U、定子電流I為三相交流電，分別經(jīng)電壓互感器（PT）和電流互感器（CT）轉(zhuǎn)換成三相100V、5A的二次信號，發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁電流經(jīng)過分流器RS轉(zhuǎn)換成75mV信號，再經(jīng)過三相功率（含有功、無功）變送器、三相電壓變送器、直流電流變送器轉(zhuǎn)換成與其成比例的0～10V電壓信號后輸入到PLC的模擬量模塊。模擬量經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，然后根據(jù)互感器、變送器的變換比例計算出機端電壓U、轉(zhuǎn)子電流If、有功功率P和無功功率Q的等機組運行量。PLC每隔20毫秒采樣一次，每40毫秒將采樣的數(shù)據(jù)保存到故障數(shù)據(jù)區(qū)中。當(dāng)發(fā)生故障后，PLC記錄下故障發(fā)生以后的13秒數(shù)據(jù)，故障數(shù)據(jù)記錄過程結(jié)束。當(dāng)PLC接收到上位機發(fā)送來的傳送命令時，PLC將記錄的故障數(shù)據(jù)通過串口通訊傳送給上位機。上位機將數(shù)據(jù)完整的接收下來，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理顯示出機組運行量U、If、P、Q、Ug（電壓給定）在故障前7秒、后13秒的波形曲線，這樣就可以對發(fā)電機故障進行分析了。在本系統(tǒng)中，PLC選用SIMATIC S7-226;模擬量模塊選用與S7-226配套的產(chǎn)品EM235;PLC與計算機之間通過PC/PPI電纜連接以串行方式進行通訊。

圖1 發(fā)電機故障錄波系統(tǒng)框圖

　　3. 下位機程序設(shè)計

　　PLC屬于下位機，其程序共分為3個模塊，它們是初始化子程序、錄波子程序和通信子程序。以下將分別說明各模塊的設(shè)計思想。

　　3.1 初始化子程序

　　初始化子程序包括初始化自由口通信參數(shù)，設(shè)置接收命令RCV啟動和結(jié)束條件，數(shù)據(jù)指針賦初值，連接20ms采樣、接收和發(fā)送中斷。

　　3.2 錄波子程序

　　錄波子程序在20ms采樣中斷中調(diào)用，負責(zé)記錄機組運行量U、If、P、Q、Ug在故障前7秒、后13秒的數(shù)據(jù)。

　　在PLC中定義一個連續(xù)的數(shù)據(jù)區(qū)VW4000～VW8998，用來保存故障數(shù)據(jù)。每個運行量的數(shù)據(jù)占用1000字節(jié)的數(shù)據(jù)塊，地址分配如下，U：VW4000～VW4998 If：VW5000～VW5998 P：VW6000～VW6998 Q：VW7000～VW7998 Ug：VW8000～VW8998。

　　錄波子程序每隔40毫秒將采樣的數(shù)據(jù)送到各自的數(shù)據(jù)塊中。為每個數(shù)據(jù)塊定義一個數(shù)據(jù)指針，其初始值分別指向各數(shù)據(jù)塊的首地址。每傳送一次數(shù)據(jù)，各指針向下移動2字節(jié)。故障前7秒數(shù)據(jù)（350字節(jié)）是循環(huán)記錄的，即如果在故障到來之前數(shù)據(jù)已存滿，各數(shù)據(jù)指針將重新指向數(shù)據(jù)塊的首地址。定義指針index用來記錄20秒故障數(shù)據(jù)開始的位置。當(dāng)故障到來時，數(shù)據(jù)指針指向故障后13秒數(shù)據(jù)（后650字節(jié)），此時指針index將前7秒數(shù)據(jù)分為前后兩部分，正確的順序是將前后兩部分交換過來。當(dāng)后13秒數(shù)據(jù)記錄完后，錄波子程序結(jié)束。程序流程圖如圖2所示。

　　3.3 通信子程序

　　通信子程序負責(zé)與上位機通信，將存儲在數(shù)據(jù)區(qū)的故障數(shù)據(jù)通過串口分批傳送給上位機。上位機每發(fā)送一次傳送命令（用整數(shù)255表示），PLC在接收中斷程序中判斷收到的字符是否為傳送命令，如果是則將傳送命令標志M6.0置位并且在主程序中調(diào)用通信子程序。

　　定義指針tran_pointer用來指向待傳送數(shù)據(jù)的首地址，其初值為VW4000，即指向數(shù)據(jù)區(qū)首地址。定義變量count用來記錄傳送的次數(shù)。在通信子程序中，首先停止自由口的接收，然后將以指針tran_pointer為首地址，大小200字節(jié)的數(shù)據(jù)傳送到發(fā)送緩沖區(qū)中，接著用發(fā)送命令通過串口發(fā)送出去。每發(fā)送一次數(shù)據(jù)，將指針tran_pointer向下移動200字節(jié)，變量count值加1， M6.0復(fù)位。當(dāng)上位機發(fā)送完第26次傳送命令時，PLC中數(shù)據(jù)區(qū)VW4000～VW8998的5000個字節(jié)已發(fā)送完畢，再將額定電壓、額定電流、額定有功功率、額定無功功率和指針index發(fā)送出去， count值清零，指針tran_pointer重新初始化，M6.0復(fù)位。至此，一次完整的故障數(shù)據(jù)傳送過程結(jié)束。