PLC在直流电源监控器中的应用

1 引言

　　直流电源设备是电力系统不可缺少的辅机设备。供给断路器分合闸用电，后备电池充电以及二次回路的仪器仪表等低压设备用电都采用直流电源。目前国内发电厂及变电站使用的直流电源设备已广泛采用高频整流模块为功率单元，为了对整个直流系统进行合理的实时监控、管理，本文设计了一种基于西门子s7-200plc［1］的高频直流监控器。其功能主要是实时采集直流系统的电压、电流及供电支路的开关状态等运行参数，并对数据进行分析处理，判断直流系统的运行工况，并根据pid控制理论进行实时运行控制和故障处理，并对蓄电池进行在线监测，为电力综合自动化控制系统提供安全、稳定、可靠的直流电源。

2 系统硬件组成及工作原理

　　系统硬件组成原理框图如图1所示。系统主要由高频直流监控器（以下简称监控器）、模拟量采样板、高频整流模块等组成。其中监控器是整个系统的核心部分，主要由西门子s7-216cpu配以em-235模拟量模块、台湾人机电子mt-510t触摸屏等组成。

　　系统交流供电采用两路三相三线制方式实现主备用供电电源的自动切换，经过交流配电输入单元供电给智能高频整流模块，智能高频整流模块按监控器控制方式输出所需的直流电压供合闸母线、控制母线、蓄电池充电用。监控器通过plc各开关量输入通道采集各模块报警量输入、各馈线开关量输入、各熔断器信号输入等开入量；通过模拟量采样板将模块采集交流输入电压、直流输出电压、合母电压、蓄电池电压、输出电流、控母电流、合母电流、充电电流等模拟转化为0-5vdc电压量或4-20ma电流量由em-235模块12位a/d通道采样；通过程序内部数据处理，按照程序设定的控制曲线，利用比例微分积分pid（proportional integral differential）控制算法［2］，产生调节量，由em-235模拟量输出口产生0-10vdc电压量，控制高频整流模块的输出电流、电压，实现闭环控制。

　　监控器采集现场各种运行参数，系统故障时发报警信息；系统事故时保护动作，保护充电设备和电池安全。触摸屏是整个监控器的人机接口部分，通过rs485与plc通讯，显示直流系统的各种信息，如系统直流电压、电流参数，系统状态信息、故障信息、系统设置参数等，并可设置系统各参数，控制监控器的运行状态。可通过rs485通信接口与上位计算机及智能通讯设备通讯，以实现“四遥”功能［3］。

3 程序设计

　　3.1 程序流程图设计

　　plc终端软件采用stl语言编写，程序设计采用模块化，功能化结构，便于维护、扩展。为提高终端的抗干扰能力，软件控制中采用了数字滤波、故障自检、控制口令等措施，保证控制操作的正确性和可靠性。装置plc主要程序流程如图2所示，主要由初始化程序、数据采集处理子程序、时钟处理子程序、充电转换子程序、故障报警及保护子程序、交流中断子程序、pid调节计算子程序、硅链投切控制子程序等组成。

　　主程序始终处于循环运行状态，其中初始化程序主要完成系统的初始化，设定各寄存器、计数器、plc工作模式、定时器中断、通讯方式等参数初始值等。然后不断调用模拟量采集及处理子程序对系统数据进行实时采集；调用充电程序运行方式子程序决定监控器的运行方式；调用故障报警及保护子程序判断故障报警及保护继电器输出；调用时钟处理子程序对蓄电池充电程序各种运行时间累计；调用交流电中断子程序保证系统在交流中断后自动恢复；调用硅链投切子程序根据系统设置的控母电压定值对硅链进行自动投切控制；调用通讯子程序（中断方式）实现与上位机监控系统及其它智能设备通讯。

　　3.2 主要子程序原理

　　（1）充电转换子程序：通过判断标志字v152的值来决定监控器的运行方式。当标志字为0时调用浮充电子程序；当标志字为1时调用恒流充电子程序；当标志字为2时调用均充电子程序。各充电子程序之间通过程序内部自动进行转换。系统初次上电后用0.1c10a给定恒流充电，电压达到整定值（2.30-2.40）v×n（n为单体电池节数）时，自动转为恒压均充电；当充电电流逐渐减小，达到0.01c10a时，plc开始计时，均充计时达3小时后，自动转为浮充电状态运行，充电电压为（2.23-2.28）v×n。正常运行浮充状态下每隔720小时，自动转入恒流充电状态运行，按阀控式密封铅酸蓄电池正常充电程序进行充电。

　　（2）交流电中断子程序：当电网事故停电，这时充电装置停止工作，蓄电池通过降压模块，无间断地向二次控制母线送电，同时监控器发出告警信号。交流电源中断超过0.5小时以上，恢复送电运行时，plc控制充电装置自动进入恒流充电状态运行，按阀控式密封铅酸蓄电池正常充电程序进行充电。

（3）通