西门子6ES7221-1BH22-0XA8介绍说明
随着国家智能电网相关政策的试行，可再生能源的开发利用及分布式供电已渐渐成为燎原之势，即将进入快速发展阶段。为保障分布式发电这一新的发电方式可靠运行、高效利用、优化配置，对微网系统的深入研究至关重要。微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。既可以与配电网并网运行，也可以与配电网断开孤立运行。
本文阐述的微网能量管理系统的研究工作目标是通过开展微网能量管理系统及其应用方案的研究，摸索微网各种分布式发电的特性，寻找优化微网能量分布策略，为智能电网建设计划提供有力的技术支持。本文的研究内容主要包括微网能量管理系统的组成、微网能量优化控制策略等。
2 、系统构架
微网是中国发展可再生能源的有效形式。一方面，充分利用可再生能源发电对于中国调整能源结构、保护环境、开发西部、解决农村用电及边远地区用电、进行生态建设等具有十分重要的意义。另一方面，中国的可再生能源的发展潜力巨大。
微网在提高中国电网供电可靠性、改善电能质量方面具有重要作用。在大电网的脆弱性日益凸显的情况下，将地理位置接近的重要负荷组成微电网，设计合适的电路结构和控制，为这些负荷提供优质、可靠的电力。
微网引入后，配电网的辐射状网架结构将改变，线路的潮流可以双向流通。微电源大部分是通过逆变器接入的，大量的电力电子设备的引入，将使短路电流受到限制，通常不超过额定电流的2倍。微网可以在和配电网并网运行也可以孤网运行，如何在两种工况下都能对微网内部故障做出响应以及在并网的情况下快速感知大电网故障，保证保护的选择性、快速性、灵敏性和可靠性，是微网保护的关键和难点。
微网灵活的运行方式和高质量的供电服务需要有完善与稳定的控制系统。微网的控制应该基于本地的信息对电网中的事件做出自主反应，例如，对于电压跌落、故障、停电等，发电机应当利用本地信息自动跳转到独立运行方式，而不是像传统方式中有电网调度统一协调。
微网能量管理系统主要是对微网系统内分布式电源、负荷、微网系统的执行元件、智能电表等设备的实时数据采集和控制，针对微网能量管理系统的组成、设备特性、通信方式等，可以根据不同构成形式灵活配置功能。本文基于现代先进的控制思想，采用以和利时PLC为主的集中与分散相结合的计算机控制系统，它集成了当代计算机技术、高性能控制器及智能化仪表的各自特点于一身，使其在微网系统的运行管理方面发挥了巨大的作用。
在本文所介绍的系统中，由可编程序控制器(PLC)、智能电表、微网系统的执行元件等组成检测控制系统——现场控制站，以控制分区为对象，具有独立的区域监控能力，能接受中央控制的调控，但不依赖中央控制的存在，对微网系统各部分进行分散控制;再由中央控制室，对整个系统实行集中管理。现场控制站根据微网系统所在构筑物的平面分布，设置在控制对象和信号源相对集中的区域。
监控系统网络采用客户/服务器模式，光纤网，客户/服务器(Client/Server)模式的分布式实时关系数据库，100Mbps传输速率，全双工通信，网络传输介质有光缆、通讯串口电缆，主网络系统布线、子网络系统布线统一考虑、综合利用，配置网络操作系统及相关应用软件。
图2-1 监控系统结构图
各现场控制站的现场集中监控部分——和利时LK系列PLC与中央控制室之间由工业以太网进行数据通信，通讯介质为光缆，通讯采用MODBUSTCP标准协议，其中LK系列PLC作从站，操作员站电脑作主站;现场控制站的集中监控部分与远程分散监控部分——和利时LM系列PLC之间也由工业以太网进行数据通信，通讯介质为双绞线或光缆(视距离远近而定)，通讯也采用MODBUSTCP标准协议，其中LK系列PLC作主站，LM系列PLC作从站;现场控制站的远程分散监控部分与现场检测电表进行数据通讯，通讯介质为RS-485串口通讯线，通讯采用MODBUSRTU标准协议，其中LM系列PLC作主站，智能仪表作从站;PLC与微网系统的执行元件单元采用24VDC电压数字信号及标准4~20mA模拟信号通讯，通讯介质为控制电缆及信号电缆;中央控制室中的操作员站与电网管理中心再通过电力骨干网进行通讯，将现场采集到的数据信息存放到中央数据库中CONTROLENGINEERING China版权所有，以供备份和分析使用。测量仪表是具有微处理器的智能设备。
系统结构图如图2-1所示
温度是工业生产对象中主要的被控参数之一，本文以温度监测与控制系统为例，来说明PLC在模拟量信号监测与控制中的应用。该系统具有广泛的应用范围：如大型家禽孵坊、电器生产行业和机械加工的某些工艺流程中……
一、控制要求
将被控系统的温度控制在某一范围之间，当温度低于下限或高于上限时，应能自动进行调整，如果调整一定时间后仍不能脱离不正常状态，则采用声光报警，来提醒操作人员注意，排除故障。
系统设置一个启动按钮来启动控制程序，设置绿、红、黄三台指示灯来指示温度状态。当被控系统的温度在要求范围内，则绿灯亮，表示系统运行正常；当被控系统的温度超过上限或低于下限时，经调整且在设定时间内仍不能回到正常范围，则红灯或黄灯亮，并伴有声音报警，表示温度超过上限或低于下限。
该系统充分利用电气智能平台现有设备，引入PLC和变频器于系统中，将硬件模拟和软件仿真有机结合，有效的运用了平台资源。本文通过对该系统的阐述，详细介绍了PLC和变频器在模拟量信号监控中的运用。
二、控制系统原理及框图
该系统共涉及四大部分，包括温度传感器、变送器、PLC温度监控系统和外部温度调节设备。选取监控对象，在其内部（比如孵坊）选取四个采样点，利用四个温度传感器分别采集这四点温度后；通过变送器将采集到的四点温度的采样值转换为模拟量电压信号，从而得到四个采样点所对应的电压值，输入到PLC的四个模拟量输入端口；PLC温度监控系统将这四点温度读入后，取其平均值，作为被控系统的实际温度值，将其与预先设定的正常温度范围上下限相比较，得出系统所处状态，并向外部温度调节设备输出模拟量控制信号；外部温度调节设备根据输出的模拟量的大小来调节温度的上升与下降或保持恒温状态。
本文以0～10V来对应温度0～100℃，设置40～60℃为系统的正常温度范围，对应的模拟量电压为4～6V，也即40℃（4V）为下限，60℃（6V）为上限，调节时间设定为20S。其中，50℃（5V）为我们的温度（电压）基准值。这样，我们就将PLC温度控制系统对温度的监测与控制转变成了PLC对模拟量电压的输入与输出的控制。当被控系统的实际温度低于设定的下限（40℃）时，PLC温度监控系统经过比较运算后，通过其模拟量输出端口向外部温度调节设备输出5-10V的电压，输出的电压会根据被控系统实际温度值的降低而升高，从而改变外部温度调节设备，调节温度的幅度。同理，当被控系统的实际温度高于设定的上限（60℃）时，PLC温度监控系统经过比较运算后，通过其模拟量输出端口向外部温度调节设备输出0~5V的电压，输出的电压会根据被控系统实际温度值的升高而降低，从而改变外部温度调节设备，调节温度的幅度。而当被控系统的实际温度处于设定的温度正常范围（40—60℃）时，PLC温度监控系统经过比较后，通过其模拟量输出端口向外部温度调节设备输出5V恒定的电压，即输出电压的调节基准量，使温度调节设备保持恒温状态。
三、控制算法的原理及流程图
PLC温度控制系统规定模拟量输入端取值范围为0～10V，本文设定其对应于温度0～100℃。要求被控系统的温度控制在40～60°C之间，也就是对应模拟量输入端口的电压范围是4～6V。根据控制的需要，设定50℃（对应模拟量输入端口的电压为5V）作为被控系统温度的基准值，对应设定一个输出的电压调节基准量5V。
PLC顺序扫描梯形图程序，扫描的结果有以下几种情形。假如读取到的四个采样点的温度，经过取平均后大于上限60℃（比如70℃），将其与被控系统温度的基准值（50℃）比较，得出两者之间的差值（20℃），也即对应2V，用输出的电压调节基准量5V与之相减，从而得到3V作为控制信号来控制外部的温度调节（降温），接着进入下一个扫描周期，直至被控系统的温度达到正常范围（40-60℃），如果在设定的调节时间（20S）后，未能恢复到正常范围内，则采用声光报警，红灯亮；假如读取到的四个采样点的温度，经过取平均后小于下限40℃（比如20℃），将其与被控系统温度的基准值（50℃）比较，得出两者之间的差值（30℃），也即对应3V，用输出的电压调节基准量5V与之相加，从而得到8V作为控制信号来控制外部的温度调节（升温），接着进入下一个扫描周期，直至被控系统的温度达到正常范围（40-60℃），如果在设定的调节时间（20S）后，未能恢复到正常范围内，则采用声光报警，黄灯亮；假如读取到的四个采样点的温度，经过取平均后处于设定的正常范围40-60℃（比如45℃），则输出调节电压的基准量5V，使被控系统保持恒温状态，绿灯亮，进入下一个扫描周期。
变频器的逻辑输入
五、程序（PLC梯形图）
六、硬件接线图
七、组态王仿真画面
本系统不仅可以通过硬件操作来了解系统的工作原理，也可以通过仿真软件的监控画面来生动、直观的了解系统的工作过程。
八、变频器部分
本系统中的变频器是用来代替外部实际的温度调节设备，目的一是介绍变频器的使用；目的二是可以直观的看到，PLC温控系统根据输入温度值的改变也在改变输出的模拟量控制信号。系统中对变频器的应用过程，实际上是应用变频器根据外控电压的变化来改变输出频率的特性。
为了让其可以根据外控电压来改变频率，其参数设置如下：
I—O 菜单中TCC设为“2C”
I—O 菜单中AO设为“rFr”
drc 菜单中OPL设为“NO”
SUP 设为“rFr”
应用PLC的模拟量检测与控制能力，实现对被控过程的温度监测和控制具有广泛的应用场合。本文以工业生产中常见的温度监测、报警与控制功能的实现为例，介绍PLC模拟量控制系统的构成、温度控制流程及程序的设计方法。