6ES7231-7PC22-0XA0规格齐全

6ES7231-7PC22-0XA0规格齐全

从变电站RTU可以实现的功能来看，变电站的自动化包括3个方面的内容：遥信、遥测、遥控。除此之外，有的系统还可以根据遥测的结果实现电能量总加功能。与此相应，变电站自动化系统可以分为两类：一类只实现了遥信、遥测的功能，即传统的SA系统；而*新的SA系统则属于另外一类，它应该可以实现所有“三遥”功能。这两类系统对应着电力系统自动化的不同阶段和水平。

从变电站RTU实现遥测的方法来看，RTU存在两种实现方案：

a）直流采样方案

这种类型的RTU装置在采集模拟量之前，先利用变送器将交流转化成直流，然后再使用RTUA／D转换元件将直流量表示成数字量。其装置以模拟电路为主，辅以少量的数字电路。其特点在于需要变换器，无需高级的数字处理单元（CPU等），难以反映模拟量的瞬时变化，无法进行谐波分析，电能量总加功能的实现比较复杂困难。

b）交流采样方案

这种类型的RTU装置直接使用A／D转换元件对交流电量进行采集计算，无需变送器之类的转换设备，但需要快速的数字处理单元进行配合，以对采集到的数据进行分析、综合。它不仅可以反映电量的瞬时变化，而且可以进行谐波分析，计算频率，简单地实现电能量总加功能。它们多使用微型计算机（如8 X86等）配合多个单片机（如8051、8098等）、并加上大量的A／D转换电路，来实现开关量、模拟量的采集。

当前在数字技术得到充分发展和应用的情况下，交流采样方案是配网自动化的一个合理选择。它以数字电路为主，辅以少量的模拟电路，功能强大，扩充容易，可靠性较直流采样方案有较大提高，综合成本低。

2．2　中低压配网自动化的应用特点

中低压配网自动化系统由主站、远方终端单元（RTU）、线路传感器、远方控制SF6或真空开关、通信电缆等五个部分组成。中低压配电网自动化的应用有自己不同的特点：

a）传统的变电站RTU在功能上偏重遥信、遥测，但中低压配电网的自动化对象（开关房、开闭所和配电房）数目繁多，开关操作频繁，更注重遥信、遥控功能。

b）中低压配电网的自动化对象遍布城市、农村等各种不同环境，被不同层次的用电管理人员（包括农村电工）所操作。更要求其具有安装灵活、易操作、免专业维护、抗恶劣环境等特点。

c）应用于中低压配电网的RTU，在功能上应具有模块化结构，在硬件上要越简单、越可靠越好。*好是同一套简单硬件，只要简单进行一下设置，就可以满足不同场合、不同规模的要求。

由此可见，有必要开发新型的、不同于传统结构的RTU，以适合中低压配电网自动化的特点和需要。

2．3　中低压配电网自动化RTU的PLC实现

可编程序控制器（programmable logic con－troller，PLC）技术经过几十年的发展，已经相当成熟。其品种齐全，功能繁多，已被广泛应用于工业控制的各个领域。用PLC来实现中低压配电网自动化的RTU功能，能够很好地满足RTU的特有的要求。在国内市场，有来自许多著名厂家的PLC产品。这些产品从简单到复杂，都自成系列，可以满足不同应用的特殊要求。大多数中低档次的PLC产品，都包含有离散点输入和输出（点数的多少可以依据应用情况增减）、模拟采样输入、时钟、通信等功能。利用这类PLC的现成功能，可以方便地实现中低压配电网自动化的 RTU功能。使用PLC的离散输入点来实现遥信、用PLC的离散输出点来实现遥控、用PLC的模拟采样输入来实现遥测、用PLC的通信功能来实现和主机的通信。完成这些功能，都无需额外的硬件，只需根据开关房的实际情况，对PLC进行简单编程即可。不仅如此，利用PLC的模拟输出功能，甚至还可以实现配电网的遥调。例如调节调压变压器的变比，调节静止无功补偿设备的电压、电流相角等。

这样一种基于PLC的中低压配电网自动化的RTU实现方案，完全可以满足中低压配网自动化的特殊要求。它具有以下特点和优势：硬件结构简单，完全免维护；规模可大可小，只需将 PLC的扩展模块连接在一起，就可以实现遥控点、遥信点、遥测点的增加；抗恶劣环境；高可靠性；编程实现各种功能，免硬件调试；费用低廉。

PLC方案在具体设计时，包括以下几个步骤：

a）获取操作点数。了解配电网的基本情况及自动化的具体要求，确定系统需要进行遥控、遥信、遥测、甚至遥调的设备，统计各处配电房需要这4种信号的具体点数。

b）确定通信方案。根据配电网的规模及分布情况，确定总体设计方案，主要是通信方案的设计和选择。

c）PLC选型。根据各处各种操作的点数以及所确定的通信方案，选择恰当型号的PLC来实现RTU功能。

由于RTU需接受监控中心的指令，并上传配电网、开关柜的信息，所以通信功能是选择PLC的主要考虑因素。

由于各开关房、开关柜的操作类型、操作点数往往相差很大，因此，PLC是否具有模块化结构和组态能力，是否能够灵活、经济地组成输入点、输出点、测量点（A／D）、调节点（D／A）的规模可变系统，是选择PLC型号的另一个主要考虑因素。

目前，很多厂家的产品，都可以满足通信以及模块化的要求。例如，SIEMENS的 S7－214以上系列，三菱的A1S系列，松下的较高级别的PLC系列等。根据具体情况，在一个配网自动化工程中，整个配电网系统可以选用同一个厂家的PLC，也可以根据配电房的具体情况，选用不同厂家的PLC，以利用各厂家PLC的优势和特色。

3　RTU功能的PLC实现

RTU功能的PLC实现包括硬件实现和软件实现两个方面。

3．1　硬件实现方面

在硬件方面，主要存在PLC的电源如何提供，PLC如何实现长距离的通信，遥控、遥信、遥测、遥调如何具体实现等问题。

由于PLC都有配套的专用电源模块，因此在设计RTU时，主要应考虑电网断电后PLC的供电问题，通常以配置充电电池的方式解决。

一般PLC的通信模块只具有短距离的通信能力，虽然有些公司为PLC提供配套的组网模块，但通信距离也限制在若干千米以内。而配电网的特点是点多、面广，因此，必须借助其它方式以延长PLC的通信距离。方法很多，有电话调制解调器方案、专线调制解调器方案、无线方案、寻呼台服务方案、光纤方案等。在同一个配电自动化工程中，可以根据具体情况，采用单一方法，也可以采用多种方法组合。

在RTU的四遥操作方面，由于PLC的电平以及功率容量同操作设备不可能正好一致，加上有电气隔离的要求，因此，必须增加辅助的电位转换、功率放大、电气隔离等模块和器件。

对于遥控，当PLC收到开关指令时，输出点到内部电源的通路被接通或关断，如果直接用输出点的输出电流去操作开关设备，则功率根本不够。因此，可把PLC的输出点作为一个小功率继电器的激磁电源，以控制该继电器的常开或常闭触点的开合，再由该继电器去控制配电网的配电开关的操作电源，使配电开关动作，线路或配电设备被投切。

对于遥信，则是将被测开关的辅助触点两端引线接到PLC的输入点和地，当配电开关动作时，辅助触点相应开闭，PLC的相应输入点与地之间被断开或短接，从而在PLC内部获得一个高电平或低电平。

对于遥测，经互感器出来的信号，必须落在PLC的A／D转换模块的测量范围之内，才能接入到相应模块的输入端。此外，在选择PLC的A／D模块时，还要考虑采样周期问题。周期太长，将无法获得精确数值。

PLC可以实现遥调功能，但因电网中应用很少，这里不予详述。

3．2　软件实现方面

在PLC软件方面，由于PLC以循环扫描和中断两种方式来执行程序，因此为了完成所有RTU功能，PLC软件应包括：循环扫描执行的主程序；通信程序（接收和发送报文）；收到报文分析程序；上发报文产生程序；输入点电平中断扫描程序；操作执行程序（遥控、遥信、遥测等）。

在上述程序模块的编制中，应重点考虑以下问题：

a）PLC的主CPU的速度是否足够快？如何编制出执行时间短的程序？

b）PLC和监控中心的通信要利用一套复杂的通信规约，PLC的程序容量能否容下所有程序？如何编制出短小精干的程序？

c）PLC是通过循环扫描输入点的内存映像以获取输入点的输入状态的，在配电开关动作时，相应辅助触点往往存在短暂的抖动。抖动的机械频率虽然很高，但相对于PLC的程序扫描执行的频率却是很低的，因此这种抖动会在PLC的内存映像中反映为多次不相干的开关动作，如何在程序上这种开关动作的象？

实践证明，采用恰当的编程技巧，以上各种问题都可以得到圆满解决。

4　结论

实现我国中低压配电网自动化，是提高供电质量、用电可靠性和提高电力企业自身水平的需要。利用PLC来实现中低压配电网的RTU功能，具有简单、可靠、易用等特点，是一个比较有应用前景的实现方案。

本文以成都拜尔电力设备有限公司自行开发研制的基于贝加莱PCC为控制核心的水轮机调速器为例，从水轮机调速器的原理、硬件配置和软件结构来讲述和探讨怎样通过PCC技术来实现调速器的各种功能以及它与传统调速器相比较的区别和优势。
关键词：可编程计算机控制器、水轮机调速器、频率测量、步进电机驱动

1 可编程计算机控制器（PCC）的技术特点[2]

自上世纪90年代以来可编程计算机控制器（PCC）技术进入中国控制领域，已经越来越广泛地应用于我国的许多工业技术领域，随着国内一些重要的水电行业的辅机企业在调速器和励磁上的广泛应用，其性能也得到越来越多的厂家的青睐和用户的认可。PCC技术已经逐渐掀起了一股技术革新的潮流。

PCC（Programmble Computer Controller）即可编程计算机控制器是由奥地利贝加莱公司(B&R)1994年首先提出的。它融合了传统可编程逻辑控制器PLC和工业控制计算机IPC的优势，既有PLC的高可靠性、易扩展性，又有IPC的强运算能力和强实时性等特点，所以也是目前PLC技术发展的新方向。行业内选用PCC做硬件控制核心也正逐渐成为工业自动化控制领域的新潮流。

与传统的PLC相比较，PCC具有以下显著优势：

1) 定性的分时多任务操作系统：PCC借用了大型计算机的分时多任务操作系统理念，应用程序可以按照工艺功能的不同和优先级的不同设成不同的任务和不同的任务级别，并可根据要求自行设定任务的循环时间。优先权高的任务，可将其扫描周期设定相对更短。这样使软件的结构更加合理、科学，同时保证系统具有更高更确定的实时性能。

2) 系统响应速度快：系统的响应速度不仅由CPU来决定，还与I/O数据的传输速度有关。PCC的主CPU本身速度极快，同时还借用大型计算机的结构，采用I/O-Processor单独处理I/O；采用DPR-Controller双向口控制器负责网络及系统的管理。也就是说，一个PCC模块上有三个处理器，既相互独立，又相互关联，*大限度地提高了整个系统的速度。

3) 系统测频、相位测量响应速度快：传统的PLC步进式微机调速器其测频单元仍采用单片机或数字电路来实现，其响应频率低，产品一致性和可靠性差；而直接采用PCC测频，则无需另设测频硬件，因此测频的可靠性非常高。因为PCC的主CPU内还含有一个独立的时间处理器TPU(Time processing unit ), 可计算处理高达4MHz至6MHz的脉冲信号。因而能巧妙地解决调速器的频率和相位测量问题，实现快速自动准同期并网。这也是基于传统PLC的调速器方案先天受限而无法企及的功能。

4) 编程语言高级化：PCC不仅完全支持常规的梯形图、指令表、顺序功能图等IEC61131-1规定的多种语言，而且支持高级语言如：Automation Basic语言和标准C语言编程。并且可以在同一个项目中同时采用多种语言混合编程。这对于解决复杂的控制算法和工艺任务的编程尤显方便，由于其更好的可读性，也非常易于用户对控制程序进行合理的增减。

5) 可移植性强：在不同系列、不同型号PCC上所编制的程序，都可以不用修改源码本身，而直接移植到另外的PCC系列或者型号上。这是因为贝加莱所有的PCC硬件平台都基于相同的操作系统内核，而且采用标签变量关联的编程方式，所以用户在编程时候不需要关心实际的硬件IO映射关系，而把精力投入在工艺算法本身。在完成这些工作后，*后只需要简单地将各个标签名映射在实际的IO通道即可。

6) 高可靠性：PCC具有极高的可靠性，平均无故障时间MTBF达到50万小时（相当于57年）以上，属于免维护产品，大大高于一般的PLC或IPC（目前市场上*好的PLC硬件平均无故障时间MTBF达到30万小时）。

7) 软件开发环境集成化：PCC的软件组态开发环境采用AUTOMATION STUDIO工具，秉承一个软件工具，全部解决整个自动化项目的集成自动化思想，在这一个软件中同时集成了触摸屏画面组态、PLC编程调试、伺服驱动器的编程控制、离线在线调试等丰富的功能。从而可以大大提高项目的开发效率。

2 PCC调速器的原理及结构[3]

2.1 调节系统的基本原理

PCC步进式水轮机调速器是一种以可编程计算机控制器PCC及步进电机为控制核心，与步进式液压随动系统配套组成的水轮机调速器。该调速器装置具有硬件新颖，结构简单，性能优越，可靠性高，维护量小等一系列优势。它是在总结了目前国内外调速器的*新技术与现代液压控制技术的特点设计开发的新型换代产品。其主要作用是：

1）将机组转速及负荷给定等控制信号转换成液压信号，以控制水轮机的导叶接力器，导叶接力器与水轮机的控制环相连，从而操作导水叶。使水轮发电机组的转速保持在额定转速允许偏差内运转，以满足电网对频率质量的要求。

2）实现水轮机转速的单机调节和控制，以适应电网负荷的增减。

3）实现机组按规定的操作程序进行正常的自动或手动开机、空载、负载和自动停机。并能接受不同的故障信号，进行必要的机组保护操作直至紧急停机，以保机组的安全运行

4）当水轮发电机组在电力系统中并列运行时，调速器能自动承担预定的负荷分配，使各机组能实现经济运行