6ES7235-0KD22-0XA8常规现货
ETS装置即汽轮机危急遮断装置，它接受来自TSI（汽机安全监视系统）及汽轮发电机组其它系统来的报警或停机信号，进行逻辑处理，输出汽轮机遮断信号。原国产200MW机组ETS系统采用继电器搭接的跳闸回路，由于继电器硬接线回路容易出现设备老化，或因为积灰而造成接触不好，出现拒动或误动的可能性增加。为了该系统运行可靠，维护方便，选用了双机可编程控制器PLC进行逻辑处理。双机PLC工作，任一动作均可输出停机信号。
1 装置简介
ETS装置包括一个控制柜，内部逻辑采用日本OMRON公司的C200HE系列可编程控制器（PLC）实现，取代了传统的继电器逻辑，为了提高ETS装置的可靠性、安全性，采用了双PLC结构。
1．1 工作环境
运行环境：5～55℃；
相对湿度：10％～90％RH（无凝聚）；
振动：2．0G（10～55Hz）；
无腐蚀性气体、导电尘埃。
1．2 硬件性能
控制电源：两路独立AC100～240V，单相50HZ，容量：1．5 kVA；
响应时间：约30ms；系统MTBF＞10000h；
可用率≥99．99％。
2 工作原理
1）ETS装置的双机PLC工作。从现场来的输入信号进入本装置后到A机和B机，经过内部逻辑自动处理后，给出相应的输出信号。
2）任一机（A）B发生故障时，都会给出本机的报警信号，自动切断本机的停机输出接点，而由另一机正常工作。双机工作停机逻辑见图1。
3）该ETS装置设有双路电源切换回路，在某一电源出现故障时，该路电源指示灯熄灭，自动切换到另一电源回路中继续工作。
3 技术要点阐述
1）ETS装置包括机柜、PLC、继电器、电源开关、指示灯、端子排等设备；
2）完全能满足用户提出的停机及报警要求；
3）双PLC并联构成保护、控制逻辑；
4）对于重要的信号，采用三重冗余，例如润滑油压低、凝汽器真空低、EH油压低等信号；
5）对于直流驱动回路，本ETS装置设计有吸取反电动势电路；
6）ETS与DEH及DCS之间采用硬接线联络；
7）每一停机点和报警点，都有扩展接点输出至光字牌或事故记录仪；
8）机柜内部布置方便接线及维修，内部接线及颜色等都是按国家标准（GB）执行；
9）PLC内的CPU处理能力、抗干扰能力及I／O量都能满足标书要求，且各I／O动作时有发光二极管指示；
10）根据现场需要，当负载电流过大时，设置中间继电器；
11）为了便于操作，设置ETS停机通道切投开关；
12）为了便于检修，分别设置主、辅保护电源开关。
4 跳闸功能
电气故障停机；锅炉故障停机；DEH停机；手动停机；轴位移停机；真空度低停机（三取二）；润滑油压低停机（三取二）；EH油压低停机（三取二）；电超速停机（三取二）；油箱油位；振动大停机；差胀超限停机；偏心；备用停机。
5 维护
该装置属精密全电脑控制装置，在投运前需作全面检查和试验，确认正确无误后方可正式投入使用，包括以下几方面的内容。
1）检查主、副电源是否工作正常；
2）为了防止现场强干扰信号进入控制柜，特设有抗干扰抑制器。平时应特别注意装置柜上的电压表指示是否正确；
3）清除控制柜内的灰尘。
更换有故障的元器件，及时修复以供备用。
6 新增加设备清单（日本OMRON配置）
三峡工程右岸高程84m混凝土拌和系统(以下简称84系统)由拌和楼、骨料储运筛分系统、胶凝材料储运系统、空压站、给排水系统、供配电和控制系统、制冷系统、汽车识别系统、计量系统等部分组成。骨料储运筛分系统主要为拌和楼提供合格的、不同级配的粗骨料和砂。为确保84系统安全可靠地运行，我们在骨料储运筛分系统中采用了PLC控制技术，具有故障率低、可靠性高、维护方便等特点，取得了良好的效果。
1 控制系统的组成
由于84系统是在原左岸高程82m混凝土拌和系统的基础上搬迁改造而新建的，故84系统的PLC主机依然采用OMRON主机。由于系统中受控设备较多，系统I/O点数约900多点，为配合使用原PLC控制系统的部分I/O模块，主机与I/O模块本着标准化、通用化的原则进行选型。主机选用OMRONC200a系列，CPU采用C200HG—CPU63，该机型多可使用三个扩展机架，高1/O点可达1184点，足以满足该系统的控制要求及备用富余；C200HG—CPU63自身带有RS232接口，在PLC与上位机的连接时无需再进行端口配置就足已满足系统间的通讯要求。
上位机采用研华工控机，通过计算机与PLC之间的数据交换实现对系统的操纵。上位机操纵系统选用WIN—DOWS2000，控制软件采用SYNALL2000工控软件进行开发。通过鼠标即可对系统设备进行手动、自动操纵，并根据系统运行要求建立运行数据库，通过数据的建立可实现报表功能，方便生产治理职员在生产过程中对系统的治理及维护，进步了经济运行效率。系统的结构框图见图1。
图l 控制系统组成结构框图
2 系统控制原理
在84系统骨料储运筛分系统中主要被控对象为胶带机、筛分机、洗砂机、水处理水泵、阀门、给料机及气动弧门。根据系统的工艺流程，系统可分为骨料受料、砂受料、I组骨料分料、Ⅱ组骨料分料、1#拌和楼上料、2#拌和楼上料、砂罐送砂、一、二次风冷等8个子系统。系统控制采用逻辑顺序控制，遵循逆料流启动，顺料流停机的原则。停机延时时间根据胶带的运行速度和胶带机长度计算确定，确保正常停机后胶带机上不堆积物料，避免重车启动，确保胶带机安全运行。
系统中的输进点类型为数字量输进和模拟量输进两种；由操纵按钮、交流接触器助触点、各个子系统之间的联络信号及模拟量数值信号组成了本系统中输进点。该系统的输出点类型为数字量输出点，由程控系统中的出口隔离继电器、设备运行状态指示、声光报警信号等构成。
设备正常运行红灯亮。当工艺线上某一设备发生故障时(包括电气及现地机械故障)，前线设备紧急停机，后线没备继续运行等待停机(料源为前，物料落点为后)，模拟屏发出声光报警信号，上位机也在同一时刻发出报警信号和报警设备提示。上位机数据库记录报警设备名称及故障时间，以方便运行职员以系统安全运行的治理。
上位机主要对整个系统的各工艺设备进行实时监控，也是整个系统生产数据处理中心。它应完成对系统所有测点、电气参数检测、计算、报警记录等任务。上位机对所有设备进行点动和自动操纵。生产数据报表有班报表、日报表、月报表、运行设备故障启示报表等，并能对报表实现打印功能。
PLC的程序编制采用专用梯形图软件，按工艺流程进行编制，编制好的PLC逻辑控制程序存储在PLC内存中。上位机采用SYNALL2000作为工控系统的开发平台，软件画面注解、信息提示均采用中文注释，动态显示系统工艺流程、各设备的运行状态。模拟量信号通过PLC模拟量模块采集，经
PLC与上位机之间的通讯连接后以数字形式显示在屏幕上。使操纵职员能及时、正确、直观地了解系统的运行工况。
三峡大坝夏季需要生产低温混凝土，在骨料进进拌和楼前需经过—次风冷处理。该风冷系统的骨料仓料位也并进骨料储运筛分系统，进行集中控制。由于风冷系统只作季节性运行，即仅在夏季工作，系统控制中为保证系统能按工艺流程正确运行，又要保证系统控制的完整性，在FLC程序编
制时为风冷系统设置一跳转，即在冬季运行时程序运行跳出风冷系统子程序。
由于水电工程工地环境与设备运行工况与其他一般工程不同，施工、运行环境较差，PLC与各个低压启动柜之间的连接采用屏蔽电缆连接，以保证控制信号的正确性，消除误信号引起的设备误动作，确保系统安全、可靠的运行。
84系统的骨料储运筛分系统以PLC系统控制加上位机治理取代了原有的继电器回路控制，系统的安全性、可靠性得到了较大进步，通过上位机还可与84系统中的其他分系统进行联网，实现计算机化网络治理，进步系统运行的自动化程度。采用这种控制结构系统能够稳定可靠的运行，运行维护
简单方便，通过实践证实，系统生产取得了良好的效果。
可编程控制器PC(Programmable Controller)，为与个人计算机PC(PersonalComputer)相区别，可简称为PLC。它是按照成熟而有效的继电控制概念和设计思想，用先进的单片机技术来实现I/O的实时检测和控制，可靠性高，编程简单、易学，得到广泛应用。
将PLC技术引进电工学、电力拖动课程，是课程建设现代化的重要措施。在教学经费相对紧张的情况下，我们自己动手，以AT89C51单片机为核心，设计并研制了LD型微型PLC，应用于继电控制实验，取得了良好的效果。
用单片机构成的PLC，实际上就是一个单片机测控系统。用这样一个程序控制的计算机系统去执行继电控制的梯形图程序，由于继电控制梯形图中各被控电器之间是并行关系，而计算机程序控制中，各被控电器之间在时间上是串行关系，二者显然不协调。若简单地像一般单片机测控系统一样，对梯形图各程序行依次实时采集输入端子状态，进行处理后实时输出，是达不到控制目的的。为此，必须采用一次性采集全部输入端子状态，并将其存入输入缓冲区。按梯形图程序行的逻辑关系，从输入缓冲区读取相应输入端子状态，处理后将待输出的结果存入输出缓冲区。后,待梯形图程序行全部执行完毕，一次性将输出缓冲区的值输出到相应的输出端子，从而完成一个程序执行周期。如此往复，自动进行下一轮的采集输入端子状态……。这种工作方式即称为扫描方式，它将串行程序工作和电器并行工作两种关系协调了起来。单片机执行一条指令的时间是μs级，执行一个扫描周期的时间为几ms乃至几十ms。相对于电器的动作时间而言，扫描周期是短暂的，可以认为在一个扫描周期内输入端子的状态是不变的，而对其状态变化的采集和处理也是实时的，从而满足了实时控制的要求。
系统硬件配置以AT89C51(以下简称51)单片机为核心，如图1所示。该单片机有4KB闪存，不必扩展程序存储器，其4个I/O口共32个I/O引脚，都可供用户使用，其中P0.7~0.0，P2.4~2.0共13个脚经光耦隔离后连到相应的输入端子X07~X00，X14~X10。可以用行程开关、液位开关、霍耳开关和手动按钮等进行输入。开关接通时，相应引脚为"0"，取反后存入输入缓冲区。
P1.7~1.0共8个引脚用于输出控制：P1.i为"0"时，相应的PNP管导通，继电器Ji线圈通电，其触点Y5i接通，可驱动220V/3 A的负载。
为了与PC机进行通信，系统扩展了RS-232C接口电路。51单片机的RXD和TXD信号经RS-232C电平变换后接至9芯插座。由此可与PC机进行串行通信。一方面，在编程状态时，可接收PC机上梯形图汇编程序编译结果的OBJ指令代码，并存入程序存储器；另一方面，在运行状态时，可将I/O口的状态和处理结果实时地发送给上位机。
程序存储器选用有SPI接口的X25045芯片。这是带可编程看门狗和电源监控功能的E2PROM，有512字节，每字节可擦写10万次，数据可保存100年。上电时自动提供200ms高电平复位脉冲；有三种可编程看门狗周期；电源欠压，VCC降到转折点时，自动提供复位脉冲。E2PROM采用三线总线的串行外设接口SPI，既节省了I/O口线和电路板空间，又降低了系统成本。该芯片是性价比极好的组合芯片。
软件设计分为PC机梯形图汇编程序编译软件和51单片机软件两部分。前者用IBM-PC汇编语言编写，我们称之为PLC编译软件。本机中我们自己设计了一套TD型PLC的梯形图汇编语言指令系统，有LD/LDI、AN/ANI、OR/ORI、TM/TMI、CN/CNI、MA/MAI、OUT、JP/JE和END等16条基本指令和X00~07、X10~14、Y00~07、CN0~1、TM00~07、MA00~07、10~17等器件。用它们来描述继电器梯形图，即设计梯形图汇编程序。用全屏幕编辑软件将其输入到PC机，即建立了源程序文件。用PLC编译软件将其编译成PLC目标程序文件(OBJ文件)，并经串行通信口发送到单片机，由单片机将其写入E2PROM。
51单片机软件由编程软件和运行软件组成。编程软件主要有串行通信和写E2PROM两个模块。此时，须将面版上的手动开关设置P2.7="0"，单片机即处于编程状态。当P2.7＝"1"时，单片机即处于运行状态。运行状态的程序主要有：
(1)输入端子采集模块
该模块两次采集P0口和P1口状态，结果全为有效，即将其存入输入缓冲区，否则重新采集。用软件滤波的方法，提高了抗干扰能力。
(2)指令分析模块
该模块从000H地址开始，依次读取E2PROM中的字节内容，先读出操作码，对其分析后转向相应的处理程序；接着读操作数，供处理程序操作，从而完成一条梯形图汇编指令的执行。再读取下一条指令的操作码……。遇到OUT指令时，将待输出的数据存入相应的输出缓冲区。
(3)输出模块
当CPU从E2PROM中读到END指令的二进制代码时，表示一次扫描周期结束，即将输出缓冲区的内容一次性输出到P1口，从而完成输出端子的刷新。
该PLC的应用可以用水塔水位控制的例子来说明。
图2(a)是硬件接线图，SB1/SB2是启动/停止按钮；SAC是水池液位开关：水浸到时接通，无水时断开；SAH、SAL分别是水塔的高低液位开关；M是水泵电机。
图2(b)是继电器梯形图，图2(c)是继电器汇编程序，即TD型PLC源程序。其中y50是PLC输出端子，我们将它的软件触点y50作为水位上升或下降的标志：y50＝"0"，表示电机已停，水位下降，此时SAL虽已接通，但电机不动作；y50＝"1"，表示电机正在抽水，水位上升，此时SAL接通，电机通电，继续抽水，直到高水位。
1 引言
PLC广泛应用于工业控制领域,因其具备良好的扩展性和独有内部逻辑的二次编程功能,大大扩展其在工业生产和工业控制领域的应用范围。本文从电力系统智能装置的自动测试系统原理出发,简要介绍自动测试系统结构,详细介绍PLC在本系统功能和具体应用, 并针对PLC在电力系统智能装置自动测试系统特殊领域的应用中出现的触点检测的条件、采样数据上送和特殊控制逻辑的要求问题进行讨论,并给出一般解决办法。实践应用表明,可编程控制器的良好的扩展性和其独有逻辑编程特点有效扩大其应用领域和范围。
2 系统基本原理
电力系统智能装置一般包括是继电保护装置和测量控制装置。继电保护装置主要功能是保护电力系统的一次设备安全运行,确保电力系统输电系统的安全运行,而测控装置主要负责电力系统开关的控制和电气量的测量,二者构成完整电力系统二次保护设置。
从电力系统智能装置和外部一次设备的发生联系的主要电气量包括:一次设备的模拟量、一次设备的信号开入和继电保护出口三个主要部分。模拟现场运行环境的电力系统智能装置自动测试系统也必须具备模拟量输出、开关量输入和开出触点的检测功能,但不仅于这三部分的功能的检测,其他还应包括时钟同步等等功能的检测。
目前, 电力系统智能装置是属于微机型,其具备完好信息记录功能,具备和其他外部系统良好的信息交换功能。电力系统智能装置的自动测试系统应包括四个主要的功能:用于模拟故障模拟量输出模块、提供保护装置开人的开入模块、用于检测保护装置动作接点的开出检测模块和装置信息的解析模块。电力系统智能自动检测系统的基本原理:通过专用设备模拟电力系统故障状态模拟量输出,并通过开入模块提供保护装置的开入量,从而满足保护装置保护动作基本条件,通过解析保护装置的信息和检测保护装置的动作出口触点, 从而完成保护装置的基本功能的检测任务。
3 系统组成和各模块基本功能
从电力系统智能装置的自动检测系统原理的出发,一个完整的电力系统智能装置的检测系统包括:微机继电保护测试仪、保护装置的开入模块、保护装置的触点检测模块和控制计算机模块。自动检测系统它主要由测试控制计算机、微机继电保护测试仪、可编程控制器、被测智能装置构成。
微机继电保护测试仪接受自动测试控制平台发出控制参数及命令类型, 向保护装置输出模拟量,完成向保护装置输出模拟量完成保护功能的测试, 并及时将测试仪器反馈信息以标准统一格式上报到自动测试控制平台。
可编程控制器根据自动测试控制平台发过来的命令, 输出开关量信号,实现保护装置硬压板的控制和保护开关量输出功能,将基于保护装置继电器开出触点检测输入的采样数据, 上送自动测试控制平台,为保护动作触点判断提供连续有效开入量采样数据。
测试控制计算机是整个控制系统的核心硬件,它通过网络和系统中其他硬件进行信息交互,控制继电保护测试仪向保护装置输出模拟量,接收保护装置信息解析模块上送的保护动作信息并通过其完成对保护装置的控制,控制可编程控制器输出保护测试的开入量命令,检验保护装置继电器开出触点动作。
微机继电保护测试仪选用北京博电PW30AE, 可编程控制器选用GE公司的GE-9030,可编程控制器通讯模块使用以太网模块。
4 PLC 应用主要问题及解决办法
可编程控制器在本系统的任务是完成智能装置的保护出口继电器触点或者遥控触点的检测和智能装置的遥信开入检测,具体到可编程控制器各模块是开入模块负责检测出口继电器触点导通和开出模块负责提供开出完成智能装置的遥信的检测功能。为了交换信息的需要,可编程控制器必须配置相对应的通讯模块以满足可编程控制器和上位机信息交换要求。
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在本系统设计时, 对开入模块的功能有具体的要求,这些要求是和电力系统的智能装置实现的功能是密切相关,如触点类型和触点的导通时间等,必须分析智能装置的保护出口继电器触点和遥控触点检测的具体要求,并以此为要求进行可编程控制的硬件选择和内部逻辑回路的设计,充分满足本系统对触点检测的特殊要求。可编程控制器的开出模块逻辑回路的设计也必须满足本系统的特殊需要。
4.1 继电器出口触点检测特殊要求
可编程控制器开入模块负责检测继电保护出口继电器辅助触点的通断情况,并将开入模块数据上送到控制计算机,并作为控制计算机自动检测成功标准之一。
可编程控制器开入模块检测功能的强弱决定本系统的可靠性和稳定性。
继电保护装置的出口继电器触点包括四类:保持型常开接点、保持型常闭节点、瞬动型常开接点和瞬动型常闭节点。对于保持型出口触点的检测来说,可编程控制器的开入是满足自动检测的需要。而对于瞬动型触点的检测,可编程控制器开入模块检测功能是否满足要求取决于PLC本身扫描周期T1和瞬动接通的时间T2两者的关系。考虑到可编程控制器由于扫描方式引起开入延时长可能达两个扫描周期,如果保护装置的瞬动触点的接通时间T2大于两倍的扫描周期T1,该触点的状态变化就可以被PLC 开入模块所检测到。
瞬动触点的接通时间取决两个因素,一是装置软件内部对瞬动继电器出口延时整定的时间,目前各厂家提供的技术参数来看,装置软件触点延时的时间一般设置为50-100毫秒,二是出口继电器本身动作时间和断开时间参数也会影响瞬动触点的接通时间。假设瞬动型触点的接通时间为100毫秒,要求可编程控制器的扫描周期的时间小于50 毫秒,才能保证可编程控制器的开入模块的检测功能的有效性。
可编程控制器的扫描周期和可编程控制器的硬件参数和用户的程序的大小有密切的关系。只要通过硬件配置和相关技术手册提供的技术参数并结合用户的PLC程序指令类型和各指令类型数目计算出可编程控制器扫描周期, 选择合适可编程控制器模块, 保证可编程控制器扫描周期小于50毫秒,保护装置的瞬动型触点检测就可以在可编程控制器开入模块来完成。
4.2 上位机数据采样特殊要求的实现
在前面小节中, 讨论了可编程控制器必须满足检测保护装置的四类节点的检测的基本条件。但前面条件的符合,只能保证PLC开入模块能够检测保护装置动作触点状态的变化情况。在自动测试系统设计中,可编程控制器的开入模块仅仅采集触点状态,而完成触点状态检测标准判断是在控制计算机中完成,如何保证上位机能够得到完整、连续的基于采样周期为50毫秒可编程控制器开入模块采样数据是本系统必须要解决的关键问题。
电力系统智能装置自动测试系统检测的对象是继电保护设备中出口继电器动作情况,由于继电保护设备的动作的快速性,部分保护动作时间实现小于50ms,部分出口继电器触点状态在较短的时间会出现反转,根据系统设计要求,要求上位机能将保护动作前和保护动作后出口继电器接点动作情况进行检测处理,并将动作前后出口继电器接点状态作为该系统中继电器接点检测判断依据。要通过上位机和可编程控制器通讯数据交换,实现采样时间间隔不大于50ms 可编程控制器开入采样数据上送到上位机的目标。
目前, 上位机获得可编程控制器的开入采样数据是通过通讯交换信息得到,而提高上位机和PLC数据信息交换效率是解决数据采样的实时性的措施之一,但仅仅依靠提高上位机和PLC 数据交换速度是无法到达采样数据周期50ms 指标要求,上位机使用以太网介质能达到此要求,也会占用上位机比较多资源。由于可编程控制器扫描工作方式的特点,通讯模块频繁和上位机数据交换会影响可编程控制器其他模块功能执行,如影响可编程控制器扫描周期。
对于可编程控制器来说,在其内部实现50ms 采样周期的数据采样是完全可以的实现的,充分利用可编程控制器中数据转存和逻辑控制功能,将每50ms一次采样数据寄存到连续但不相同数据缓冲区。通过采样周期时间的整定,结合上位机和可编程控制器通讯协议的大数据长度,上位机只需要在给定的时间内进行一次读取多次采样数据即可。上位机读取采样数据后,根据PLC采样数据转存的原则和逻辑,将已接收到采样数据进行采样时序的还原即可。
4.3 可编程控制器顺序开出的实现
可编程控制器开出模块顺序开出主要是满足电力系统测控装置的遥信检测要求, 设计具体要求为:①上位机下发一次命令,启动顺序开出,PLC接受命令启动顺序开出逻辑回路,由可编程控制器本身完成开出模块开出接点顺序开出。②在顺序开出过程不允许出现两个开出接点接通状态。③顺序开出执行一次完毕即可停止开出。
设计基本思路: 在启动命令后, 启动维持一个扫描周期时间的定时T1 脉冲信号回路,启动另一个计时器T2(T2<T1)。在一个扫描周期脉冲到来时,由设定计数器和目标进行比较, 决定开出继电器序号, 开出执行并保持时间T2后,计数器加一和执行复位判断程序, 等待下一个脉冲到来后执行上一过程直到全部执行完毕。
设计维持一个扫描周期时间的定时脉冲信号,定时的时间参数为两个开出之间的时间。一个周期定时脉冲梯形图如图1所示。通过修改定时器类型和计时器参数,确保M100 能够在T1 的时间后产生一个能够维持一个扫描周期间的脉冲信号,是一个通用的标准的定时脉冲信号程序。M103 为定时脉冲到来后宽度为T2 脉冲。