6ES7214-1BD23-0XB8接线方法
水电厂计算机监控系统主要包括水轮发电机组监控系统、开关站控制系统、水电站公用设备控制系统、水电站闸门自动控制系统等。通过开放、模块化的结构设计，实现对水电厂生产过程的监视、数据采集、控制和调节，实现对机组、变压器、线路等电气设备及全厂油、气、水系统等辅机的监控和保护功能。
系统结构
基于LK的水电厂计算机监控系统采用开放的总线型网络系统，具有良好的扩充性，可根据用户的需要，灵活配置，例如可配置成简单的单机单网系统，或配置为多机多网冗余系统，也可配置成多厂的复合网络系统。系统一般分为全厂控制层(PCL)和现地控制层(LCL)两层。对于梯级水电站的计算机监控系统，则可再设一个梯级调度控制层(CCL:CascadeControl Layer)。
根据系统可靠性或功能要求，PCL层可配置一至两台数据库服务器，完成系统的应用计算与历史数据库管理工作，一至多台人机联系工作站，实现生产过程的监视与控制，实现对电站的自动管理。系统设有若干台通讯服务器，负责本系统同其它系统的通讯，如网调、省调、水情测报系统、以及电厂内部的其他智能数据采集功能装置等。PCL层还可选配事故语音报警装置，可同电话系统、传呼系统联网，作为水电站“无人值班”(少人值守)自动化系统的必备选件。还可设置工程师工作站，培训仿真工作站，厂长终端等。
根据用户要求，本系统还可配制大屏幕投影系统或大屏幕电子显示屏。
现地控制单元层采用按单元分布的原则，一般每台发电机变压器组各设一个LCU，开关站设一个LCU，厂用电及全厂公用设备共设一个LCU，闸门控制设一套LCU。若有模拟屏，则应设一个模拟屏驱动LCU。
根据机组装机容量的大小，机组现地有人值班与否，对LCU的可靠性要求也不同。为提高LCU的可靠性，一般可采用结构冗余的方式。可在影响LCU可靠性的每一个环节采取改进措施，如CPU、I/O机箱电源、通讯模块、I/O模块、机柜电源等，可进行双冗余配置。根据目前应用经验，一般采用较多的冗余措施有双CPU配置，I/O机箱配置冗余电源，机柜采用交直流电源供电，双通讯模块或接口等。
系统内部各节点采用开放的以太网总线联接。网络通讯介质可采用光纤、同轴电缆或双绞线。根据电站规模、现场条件、对可靠性要求等情况，可采用单总线或冗余多总线的系统结构。
系统与站级监控系统可采用不同的通讯技术联网，如快速以太网、SDH、广域网等，介质采用光纤或微波。
系统内部采用统一实时时钟，使系统内LCU装置的CPU时钟偏差满足系统的要求，并与时间保持一定的精度。
系统功能
基于LK的水电厂计算机监控系统是一个完整的高可靠性水电站实时闭环过程控制系统，可满足各种水电厂“无人值班”(少人值守)对计算机监控系统的功能要求，软件模块化结构，配置及扩充方便。其主要功能包括：
对各主要机电设备运行参数的监视和记录
事件顺序记录
事故追忆记录
有功功率联合控制(AGC)无功功率联合控制(AVC)
控制和调节机组保护和线路保护
厂用电源备自投
人机联系
电厂设备运行管理
系统通信
语音报警及ON-CALL功能
仿真培训
WEB远程访问
模拟显示屏
统计和制表打印
故障自诊断和自恢复功能
系统特点
系统的软件平台可采用UNIX/bbbbbbS2000操作系统
软件以多种硬件平台，基于工业标准的操作平台开发而成
全站采用以太网方式相互交换数据
对重要部件可作冗余配置，使系统具有高可靠性
数据处理能力强，响应速度快、稳定
允许LCU设备、测点在线投退
系统维护能力强，减轻用户负担
开放式系统设计，软硬件均可升级
通过“开放的数据库联接(ODBC0”与标准数据库(SQLSERVER,ORACLE,SYBASE等)联接，可与MIS系统交换数据
二次自动化系统设备一体化
统一设计、统一维护性强
面向对象设计
高效、直观的可视化顺控流程
智能化的报警处理
先进的现场总线技术
支持各主流通信规约，与其它系统无缝连接
系统性能指标
1 环境相容性
基于LK的水电厂计算机监控系统设备能适应水电站的特殊环境。温度、相对湿度、尘埃、振动、冲击、噪音及电磁干扰等指标满足《水电厂计算机监控系统基本技术条件》的要求。
2可靠性
平均故障间隔时间(MTBF)：
主计算机(含磁盘)≥35000h
现地控制单元≥45000h
可利用率：
计算机监控系统可利用率保证 ≥99.9%
可维护性：
设备平均故障排除时间(现场有备件)≤0.5h
3 实时性
数据采集的实时性：
电气模拟量采集周期 ≤1s
非电气模拟量(不包括温度)采集周期 ≤2s
状态和报警点采集周期 ≤100ms
事件顺序记录点(SOE)分辨率 ≤1ms
LCU采集的变化数据到实时数据库时间 ≤2s
控制响应时间：
LCU接受控制命令响应时间 ≤1s
人机接口响应时间：
调用新画面的响应时间 ≤1s(90%画面)
已显示画面上动态数据刷新时间 ≤1s
操作员命令发出到显示响应时间 ≤2s
报警或事件发生到画面显示发出音响时间 ≤2s
主控层控制功能响应时间：
有功功率联合控制任务执行周期 3~15s
无功功率联合控制任务执行周期 6s~3min
调度系统数据采集和控制响应时间 满足调度要求
双机切换时间：保证实时任务不中断
4 安全性
操作安全性：
对系统每一功能和操作提供校核；
当操作有误时能自动或手动地被禁止并报警；
自动或手动操作可作存贮记录；
根据需要在人机通信中设操作员控制权口令不低于3级；
按控制层次实现操作闭锁，其优先权顺序为：现地控制单元级>电站级>远方调度级。
通信安全性：
系统设计保证信息中的一个信息量错误不会导致系统关键性故障(使外部设备误动作，或造成系统主要功能的故障或系统作业的故障等)；
计算机监控系统与调度系统的远程通信的信息出错控制与通信规约一致；
电站级和现地控制单元级装置的通信包括控制信息时，对响应有效信息或没有响应有效信息有明确的指示。当通信尝试失败时，发送站能自动重发该信息，直到超过重发计数(一般为2～3次)为止。
当个别通道超过重发极限时，发出适当的警报；
为证实通道正常，定期地通过测试信息检查或通过正常使用进行校核。
1 引言
矿用隔爆兼本质安全型六回路电磁起动器简称矿用组合开关。矿用组合开关在含有爆炸性危险气体（甲烷）和煤尘的矿井环境，用于额定电压为1140V或660V供电线路的单台或多台（不超过六台）三相鼠笼式异步电动机起动停止进行控制和保护。矿用组合开关是性能可靠、抗干扰能力强、操作方便、人机界面良好的智能化矿用电机专用监控系统，矿用组合开关具有至少一组处于电源与负荷之间的主隔离开关组及一组辅助隔离开关组，每组主隔离开关组包括主隔离开关、真空接触器、漏电闭锁检测、电压互感器及电流互感器，辅助隔离开关组包括辅助隔离开关、电源变压器、滤波器、隔离变压器及电源模块，还具有数据处理模块、显示模块、控制模块及先导模块。智能矿用组合开关产品如图1所示。
图1 智能矿用组合开关
2 系统解决方案
2.1 硬件配置
基于PLC系统的矿用组合开关控制系统硬件组成如表1所示。
名称
厂家
型号
数量
PLC
西门子
S7-200
1
PLC
台达
DVP12SA11T
1
人机
台达
DOPA10THTD1
1
2.2 系统原理
（1）系统架构。系统由主辅两套PLC和台达触摸屏构成人机操作界面。台达10.4' 高亮度 TFTLCD触摸屏DOPA10THTD1的3组串行通讯端口，具有连接不同的通讯格式控制器能力，本案接入两台不同品牌的PLC，构成异构集成自动化系统，如图2所示。
图2 系统架构
（2）主控制器。组合开关保护与主控制系统采用德国西门子S7-200 系列PLC，实现系统监测监控，并完成漏电闭锁、过载、短路、断相、欠压和过压等保护功能，具有智能化程度高、性能稳定、动作可靠等优点。
（3）辅控制器。组合开关的防爆现场数据输入是本案采用双PLC架构的原因。由于防爆现场不允许安装非防爆电器，必须设计防爆人机单元。考虑智能组合开关的数据输入要求，选用4*4防爆矩阵键盘，如图3所示。
图3 4*4矩阵防爆键盘
键盘的数据读入选用台达DVP12SA11T小型PLC,利用矩阵驱动原理的PLC键盘数据读入电路原理如图4所示。
图 4 PLC键盘数据输入原理
数据显示画面案例如图5所示。
图5 数据显示画面
2.3监控功能设计
（1）采用台达全中文液晶显示屏，配合台达小型PLC，实现对组合开关的工作状态、参数和故障类型显示和记忆，并可对具体参数进行修改调整，友好的用户界面，具有良好的人机对话功能，可大大提高判断故障和排除故障的效率。
（2）所有模拟信号全部处理为数字信号，具有抗干扰能力强、接线简捷、信息量大、控制可靠准确等特点。
（3）具有完备的自检、自诊断和故障模拟试验功能，可方便地检查保护和控制系统正常与否。
2.4 技术指标设计
该组合开关，充分考虑煤矿井下的工作环境，集机械制造、自动化、测控技术与仪器仪表、计算机应用科学技术等学科于一身，其主要技术指标如下:
（1）电压等级：1140/660V；频率为：50Hz
（2）总额定电流：800A、1200A，单台工作电流可达到400A
（3）电流整定范围：30-399A
（4）漏电闭锁保护：附加直流检测，1140V-40kΩ、660V-22kΩ。
（5）先导控制（本质安全控制）：Igmax<10mA,Idmax<15mA。
（6）过载保护：反时限。
（7）短路保护：鉴幅式（7-10倍），机敏（3-5倍）。
（8）断相保护：负序检测，定时限；
（9）控制方式：单机单速、单机双速、双机双速、程序控制等多种控制方式。
3 结束语
此组合开关应用案例，体现了台达触摸屏强大的通讯、人机交互功能，以及PLC独特的键盘输入应用特点，大大提高了触摸屏在井下防爆中的应用，替代了以往常规触摸屏只能显示记忆的缺点，在提高劳动生产率，保障井下安全生产的也展示了台达产品的特色。
1000型I/O系统将高功能和灵巧的解决方案集成在一起，该系统具有非常紧凑的结构
不于驱动技术本身，那些提供驱动技术和自动化技术成套解决方案的供应商们一致认为：Lenze公司的I/O（输入输出）模块是事业取得成功的重要组成部分。这一模块所能实现的功能众多，例如集成了安全控制功能及智能化的终端设备。
控制系统，是指在全新研发设计的机床和设备中使用的系统。控制系统，也是生产设备的设计师所设计机床使用及能够在相同的生产时间内生产比迄今为止更多产品的设施。它所使用的通信总线应能够比以往传输更大量的数据。其发展趋势也对控制系统提出了更高的要求：控制技术更加倾向于集中控制，取代分散式控制的结构——这是未来三坐标空间协调运动所提出的要求。
图1 Lenze公司利用全新1000型L-force I/O系统，扩展了L-forceControls系列
基于PC技术的解决方案
近几年来，基于以太网的现场总线系统为机床和设备制造奠定了采用新的自动化解决方案的基础。机床设备制造技术也对控制系统提出了更高的要求。为此，Lenze公司在2009年汉诺威展览会上推出1000型L-forceControlsI/O系统（图1），在其Controls系列驱动和自动化平台L-force中增加了适合于各种集中控制的自动化解决方案（图2）。这一系统非常符合实际使用的需要：1000型I/O系统将高功能和灵巧的解决方案集成在一起，从而具有非常紧凑的结构。原则上这是一套全新研发的输入输出系统，依据这一系统，Lenze公司将自身定位成一个能为用户提供自动化技术系统的合作伙伴，Lenze升级为一个解决方案的供应商。
I/O系统的输入模块和输出模块有着很高的驱动准确性，也包括了接触式探头的读取以及节拍生产过程中同步运动所需的信号输入。短的系统内部处理时间结合数据处理的时间标记，使得该1000型I/O系统能够满足高速要求。这一系统也适合在实时通信的网络中使用。Lenze公司具有继承性的产品开发，使他们不仅能够在汉诺威的展览会上展示适合于CANopen及PROFIBUS现场总线的总线耦合器，还开发了能与其他工业网络连接的总线设备，例如与EtherCAT工业以太网连接的接口设备。
图2 Lenze公司借助于驱动技术和L-force自动化控制技术的集成，使用户利用这一结构紧凑的模块化I/O系统，顺利实现其特殊的自动化任务，并得到非常合适并且经济的解决方案
在自动化技术领域中，基于PC的自动化解决方案越来越成为人们关注的焦点，因为它能够实现在一台设备中完成控制技术、可视化和操作。借助PC技术，IT业能够把所有的自动化控制组成部分集成在一起，例如把时间保护及安全防护等都集成在内。这种整体集成的功能使得终无需建立多个有关物流、监控、故障诊断和安全保护的相互独立的系统。如今，所有功能部件的通信都使用同一根电缆，这能够实现实时控制的以太网基础的总线系统，满足技术进步的要求。
光线不足 仍清晰可见
Lenze公司意识到以太网实时通信技术是一种极有发展趋势的技术，并及时地把其Servo Drives9400与Inverter Drives8400结合在一起，发展成为了当前具有实时通信能力的，并且能够与以太网总线系统耦合的L-force驱动系统——这是Hameln市Lenze公司于2008年秋季投放市场的种基于EtherCAT基础的自动化通信系统。
从眼看到安装在卡槽中的此款产品时就可以知道：这是一种外形尺寸更加紧凑的产品，标准的I/O模块、能够安装8根2.5mm2电线的输入输出模块，其在传统卡槽上的宽度只有12.5mm（图3）。与其他细窄形类型产品相比，这种产品提供了特殊的标签书写方案：书写和诊断分析区域在LED指示灯的照射下一目了然，是在光线不足的电气柜中，这些标记也清晰可见。每一个通道的LED指示灯都有着明确的分类标记。在产品研发的初期，他们就对标记及标签的可读性提出了很高的要求，把故障诊断、可读性和标记、标签的可能性与细长的结构完美地结合在一起。