網(wǎng)絡(luò)集控系統(tǒng)在多機(jī)組發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳葉榮, 陳 亙

(上海電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心有限公司，上海 200063)

網(wǎng)絡(luò)集控系統(tǒng)在多機(jī)組發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳葉榮, 陳 亙

(上海電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心有限公司，上海 200063)

檢驗(yàn)人員在試驗(yàn)控制室里通過遠(yuǎn)程通信實(shí)現(xiàn)對75kW、150kW、540kW機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行操控，完成調(diào)頻、調(diào)壓等功能的操作。根據(jù)試驗(yàn)中的實(shí)際情況可及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到試驗(yàn)過程中安全、及時(shí)的監(jiān)控功能。由此可見,通過智能網(wǎng)絡(luò)集控方式，可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)組的遠(yuǎn)程操作管理。

調(diào)頻; 調(diào)壓; 遠(yuǎn)程通信； 網(wǎng)絡(luò)集控系統(tǒng)

0 引 言

機(jī)組控制系統(tǒng)一般以時(shí)間繼電器和中間繼電器為主構(gòu)成自動化控制系統(tǒng)。這種模式在同行業(yè)中非常普遍，但其弱點(diǎn)是功能簡單、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)調(diào)試?yán)щy、可靠性差。隨著PLC可編程控制器的發(fā)展，其以性能穩(wěn)定、方便靈活的優(yōu)勢迅速成為機(jī)組自動化控制領(lǐng)域的主力，同時(shí)隨著網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，二者相互結(jié)合，使得自動化控制變得簡單、可靠性及環(huán)境適應(yīng)性大大提高，且很多參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定，使用靈活。本文分析了通過PLC300網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分布式遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操作試驗(yàn)機(jī)組，完成機(jī)組設(shè)備的調(diào)頻、調(diào)壓等功能，實(shí)現(xiàn)多機(jī)組網(wǎng)絡(luò)集控管理[1-2]。

1 系統(tǒng)說明

400kW穩(wěn)頻穩(wěn)壓發(fā)電機(jī)組利用目前試驗(yàn)室在用的50/60Hz電源系統(tǒng)，但采用的調(diào)頻、調(diào)壓控制方式只能在系統(tǒng)本體柜上進(jìn)行操作，即只能進(jìn)行本地控制而在試驗(yàn)控制室里無法直接對該機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行操控，因此必須至少有2人配合，才能完成調(diào)頻、調(diào)壓等功能的操作。通過技術(shù)改造，將機(jī)組的調(diào)頻、調(diào)壓等功能分別增加設(shè)置，分布到各有關(guān)試驗(yàn)控制室中，實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)人員在試驗(yàn)控制室即可直接根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到試驗(yàn)過程中安全、及時(shí)的監(jiān)控目的。機(jī)組的電壓、頻率調(diào)節(jié)和緊急情況處置控制功能在 75～540kW機(jī)組的原配電控制柜上可以選擇本地或選擇103、104、106、107、108室中任1處可控。調(diào)頻范圍為0～66Hz，在12.5～60Hz 時(shí)都能穩(wěn)定運(yùn)行。具體的設(shè)計(jì)分布如表1所示。

1個控制室在同一時(shí)間只能控制1套機(jī)組，1套機(jī)組在同一時(shí)間只能受控于1控制室。其中108室為540kW直流負(fù)載機(jī)的操作，75kW、150kW在103～107室都可同時(shí)遠(yuǎn)程操作，設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，調(diào)節(jié)試驗(yàn)負(fù)載，進(jìn)行試驗(yàn)電機(jī)型式試驗(yàn)。

表1 75～540kW機(jī)組控制柜具體設(shè)計(jì)

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件配置

試驗(yàn)站有6個控制室，分別為103、104、105、106、107、108室，每個控制室內(nèi)有1臺工控機(jī)；配置8路交換器，每臺工控機(jī)配置網(wǎng)絡(luò)接口；RJ-45接口線若干。

另外，試驗(yàn)站有2套發(fā)電機(jī)組，分別為75kW和150kW機(jī)組，機(jī)組由直流機(jī)拖動同步機(jī)發(fā)電，直流機(jī)的電樞和勵磁以及發(fā)電機(jī)的勵磁由西門子裝置控制。另有1臺540kW直流負(fù)載機(jī)，其電樞和勵磁由西門子裝置控制。硬件設(shè)備控制分布如表2所示。

表2 硬件設(shè)備控制分布

2.2 軟件通信控制

PLC擴(kuò)展模塊和CPU之間采用PLC專用通信線連接，PLC-CPU和西門子直流調(diào)速裝置采用DP通信連接，上位機(jī)采用以太網(wǎng)連接，另有接點(diǎn)信號接入PLC輸入口。上位機(jī)軟件采用VC6.0開發(fā)環(huán)境編程。結(jié)合PLC300與PC通過約定的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議發(fā)送接收數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的控制調(diào)度?？刂葡到y(tǒng)模塊分布圖如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)模塊分布圖

400kW控制開關(guān)柜通過切換控制操作臺之間的設(shè)備運(yùn)行，5個西門子勵磁裝置分別安裝西門子直流調(diào)速裝置適配板及西門子直流調(diào)速裝置通信板，以便于PLC300與西門子直流調(diào)速裝置的編程控制。西門子CPU選用CPU315-2 PN/DP，掛接西門子PLC數(shù)字量輸入/輸出模塊、西門子PLC配件DP插頭及西門子PLC配件ET-200M。提供西門子PLC配件PS307(5A)的24V專用供電電源。具體的PLC配置表如表3所示。

表3 PLC配置

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通過Profibus總線連接各通信模塊，2個遠(yuǎn)程通信模塊ET200M和5個DP通信轉(zhuǎn)換模塊。系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

ET200M分布式I/O，連接總線接口模塊IM-153-1,設(shè)模塊地址3,連接DI32xDC24V，DO16xDC24V/0.5A，DI8/DO8xDC24V/0.5A共3塊DI/DO輸入/輸出模塊,實(shí)現(xiàn)開關(guān)量控制。另一格總線接口模塊IM-153-1,設(shè)模塊地址4,連接DI8/DO8xDC24V/0.5A共1塊DI/DO輸入/輸出模塊,實(shí)現(xiàn)開關(guān)量控制。5～9DP通信連接西門子直流調(diào)速裝置通信板，通過CPU與之交互。PLC300的軟件設(shè)計(jì)存儲空間及上位機(jī)以太網(wǎng)TCP/IP通信參數(shù)如表4所示。

由表4可知，需區(qū)分75kW/150kW的功能代碼，每個字節(jié)都代表不同含義，數(shù)據(jù)發(fā)送共占用13個字節(jié)，1個位設(shè)定開關(guān)量監(jiān)控，模擬量數(shù)據(jù)占用1之間相互獨(dú)立。根據(jù)上位機(jī)與PLC的網(wǎng)絡(luò)通信，解析不同的參數(shù)，可控制機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。

圖2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

3.2 PC上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)配置

上位機(jī)軟件采用VC6.0語言開發(fā)，基于WinXP操作系統(tǒng)及TCP/IP函數(shù)庫開發(fā)而成[3]，可視化界面操作簡單，實(shí)時(shí)性好。每個操作臺配備一臺工控PC,設(shè)置相對應(yīng)的房間及IP地址、端口號，區(qū)分每一個組的操作，互相獨(dú)立。地址分配表如5所示。

3.2.2 軟件操作說明

控制界面上實(shí)時(shí)監(jiān)測顯示轉(zhuǎn)速、電樞電流、電樞電壓、勵磁電流、設(shè)定電壓和設(shè)定轉(zhuǎn)速?？刂齐妷?、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)載。發(fā)電機(jī)勵磁控制合分閘，起動/停止發(fā)電機(jī)輸出合分閘；直流及驅(qū)動控制合分閘，起動/停止等操作。通過以太網(wǎng)通信控制輸入到PLC300 CPU數(shù)據(jù)處理?？刂片F(xiàn)場繼電器的開/關(guān)及模擬量的監(jiān)測。T-n曲線操作流程如下：

表4 PLC300的軟件設(shè)計(jì)存儲空間及上位機(jī)以太網(wǎng)TCP/IP通信參數(shù)

在按下“準(zhǔn)備”按鈕后，裝置進(jìn)入T-n曲線運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)可以將T-n曲線總時(shí)間(從當(dāng)前轉(zhuǎn)速降至0轉(zhuǎn)，再返回至當(dāng)前轉(zhuǎn)速)輸入數(shù)值框內(nèi)，并且此時(shí)速度給定不能進(jìn)行調(diào)節(jié)，要在取消“準(zhǔn)備”狀態(tài)后才能進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。

3.2.3 網(wǎng)絡(luò)通信Socket的軟件應(yīng)用

Socket實(shí)際在計(jì)算機(jī)中提供了一個通信端口，可以通過這個端口與任何一個具有Socket接口的計(jì)算機(jī)通信。應(yīng)用程序在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，接收的信息都通過這個Socket接口來實(shí)現(xiàn)[4]。

用底層的API函數(shù)實(shí)現(xiàn)Winsock 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程式設(shè)計(jì)。主要的通信建立步驟如下：

(1) 在初始化階段調(diào)用WSAStartup()。

(2) 建立Socket。

SOCKET PASCAL FAR socket(int af, int type, int protocol)。

(3) 綁定端口。

int PASCAL FAR bind(SOCKET s, const struct sockaddr FAR*name,int namelen)。

(4) 監(jiān)聽。

int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog)。

(5) WSAAsyncSelect()函數(shù)，讓系統(tǒng)主動來通知我們有客戶端提出連接請求了。

int PASCAL FAR WSAAsyncSelect(SOCKET s, HWND hWnd,unsigned int wMsg, long lEvent)。

其中主要參數(shù)wMsg： 傳給窗口的消息；窗口處理自定義消息函數(shù)來響應(yīng)Socket的不同事件。

4 結(jié) 語

網(wǎng)絡(luò)集控系統(tǒng)在多機(jī)組發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，是基于融合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)科技為一體的智能化遙控測試軟件，并結(jié)合西門子PLC300網(wǎng)絡(luò)通信功能優(yōu)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，方便檢測設(shè)備的試驗(yàn)操作。在系統(tǒng)的運(yùn)行中體現(xiàn)了實(shí)時(shí)、高效的特點(diǎn)。系統(tǒng)使用至今，穩(wěn)定可靠，值得推廣。

[1] 秦益霖.西門子S7—300PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京: 電子工業(yè)出版社，2007.

[2] 弭洪濤.PLC技術(shù)實(shí)用教程——基于西門子S7-300[M].北京: 電子工業(yè)出版社，2011.

[3] STEVENS W R. TCP/IP詳解卷1： 協(xié)議[M].范建華,譯.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[4] 奎因,舒特,徐磊,等.Windows Sockets網(wǎng)絡(luò)編程[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

Application of Network Centralized Control System in Multi Generator System

CHENYerong，CHENGen

(Shanghai Motor System Energy Saving Engineering Research Center Co., Ltd., Shanghai 200063, China)

Inspection personnel in the test control room by remote communication to achieve the 75kW, 150 kW, 540kW unit running state to control, complete the frequency modulation, voltage regulation and other functions of the operation. According to the actual situation in a timely manner to adjust, in order to achieve the test process of safety, timely monitoring function. Through the intelligent network centralized control mode, the remote operation management.

frequency modulation; voltage regulation; remote communication; network centralized control system

陳葉榮(1978—)，男，工程師，研究方向?yàn)橹悄苤圃鞕z測技術(shù)集控化管理。

TM 31

A

1673-6540(2016)12- 0044- 04

2016-10-11