PLC的發(fā)電機故障錄波系統(tǒng)的研究與設計

1. 引言
　　
　　發(fā)電機是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它的可靠運行對于保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要意義。發(fā)電機故障錄波裝置所記錄的數據為工作人員正確分析發(fā)電機故障原因，研究事故對策，及時處理事故提供了可靠的依據，同時，根據故障錄波數據還可以分析系統(tǒng)的故障參數、各電氣量的變化規(guī)律，進行故障定位等，這些對于保證電力系統(tǒng)的安全可靠運行起著十分重要的作用。可編程控制器（Programmable Logic Controller，簡稱PLC）作為工業(yè)控制專用的計算機，由于其結構簡單、性能優(yōu)良，抗干擾性能好，可靠性高，在機械、化工、橡膠、電力等行業(yè)工業(yè)控制現場已日趨廣泛地得到應用，成為工控現場進行實時控制的最主要的控制裝置。本文介紹一種利用可編程控制器和擴展模擬量模塊實現發(fā)電機故障錄波的方法。

2. 系統(tǒng)的組成和工作原理
　　
　　系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示,由上位計算機和1套PLC測控系統(tǒng)組成。PLC通過外部變送器、互感器與發(fā)電機組相連，發(fā)電機機端電壓U、定子電流I為三相交流電，分別經電壓互感器（PT）和電流互感器（CT）轉換成三相100V、5A的二次信號，發(fā)電機轉子勵磁電流經過分流器RS轉換成75mV信號，再經過三相功率（含有功、無功）變送器、三相電壓變送器、直流電流變送器轉換成與其成比例的0～10V電壓信號后輸入到PLC的模擬量模塊。模擬量經過A/D轉換，然后根據互感器、變送器的變換比例計算出機端電壓U、轉子電流If、有功功率P和無功功率Q的等機組運行量。PLC每隔20毫秒采樣一次，每40毫秒將采樣的數據保存到故障數據區(qū)中。當發(fā)生故障后，PLC記錄下故障發(fā)生以后的13秒數據，故障數據記錄過程結束。當PLC接收到上位機發(fā)送來的傳送命令時，PLC將記錄的故障數據通過串口通訊傳送給上位機。上位機將數據完整的接收下來，經過數據處理顯示出機組運行量U、If、P、Q、Ug（電壓給定）在故障前7秒、后13秒的波形曲線，這樣就可以對發(fā)電機故障進行分析了。在本系統(tǒng)中，PLC選用SIMATIC S7-226;模擬量模塊選用與S7-226配套的產品EM235;PLC與計算機之間通過PC/PPI電纜連接以串行方式進行通訊。

圖1 發(fā)電機故障錄波系統(tǒng)框圖

3. 下位機程序設計
　　
　　PLC屬于下位機，其程序共分為3個模塊，它們是初始化子程序、錄波子程序和通信子程序。以下將分別說明各模塊的設計思想。
　　
3.1 初始化子程序
　　
　　初始化子程序包括初始化自由口通信參數，設置接收命令RCV啟動和結束條件，數據指針賦初值，連接20ms采樣、接收和發(fā)送中斷。
　　
3.2 錄波子程序
　　
　　錄波子程序在20ms采樣中斷中調用，負責記錄機組運行量U、If、P、Q、Ug在故障前7秒、后13秒的數據。
　　
　　在PLC中定義一個連續(xù)的數據區(qū)VW4000～VW8998，用來保存故障數據。每個運行量的數據占用1000字節(jié)的數據塊，地址分配如下，U：VW4000～VW4998 If：VW5000～VW5998 P：VW6000～VW6998 Q：VW7000～VW7998 Ug：VW8000～VW8998。
　　
　　錄波子程序每隔40毫秒將采樣的數據送到各自的數據塊中。為每個數據塊定義一個數據指針，其初始值分別指向各數據塊的首地址。每傳送一次數據，各指針向下移動2字節(jié)。故障前7秒數據（350字節(jié)）是循環(huán)記錄的，即如果在故障到來之前數據已存滿，各數據指針將重新指向數據塊的首地址。定義指針index用來記錄20秒故障數據開始的位置。當故障到來時，數據指針指向故障后13秒數據（后650字節(jié)），此時指針index將前7秒數據分為前后兩部分，正確的順序是將前后兩部分交換過來。當后13秒數據記錄完后，錄波子程序結束。程序流程圖如圖2所示。
　　
3.3 通信子程序
　　
　　通信子程序負責與上位機通信，將存儲在數據區(qū)的故障數據通過串口分批傳送給上位機。上位機每發(fā)送一次傳送命令（用整數255表示），PLC在接收中斷程序中判斷收到的字符是否為傳送命令，如果是則將傳送命令標志M6.0置位并且在主程序中調用通信子程序。
　　
　　定義指針tran_pointer用來指向待傳送數據的首地址，其初值為&VW4000，即指向數據區(qū)首地址。定義變量count用來記錄傳送的次數。在通信子程序中，首先停止自由口的接收，然后將以指針tran_pointer為首地址，大小200字節(jié)的數據傳送到發(fā)送緩沖區(qū)中，接著用發(fā)送命令通過串口發(fā)送出去。每發(fā)送一次數據，將指針tran_pointer向下移動200字節(jié)，變量count值加1， M6.0復位。當上位機發(fā)送完第26次傳送命令時，PLC中數據區(qū)VW4000～VW8998的5000個字節(jié)已發(fā)送完畢，再將額定電壓、額定電流、額定有功功率、額定無功功率和指針index發(fā)送出去， count值清零，指針tran_pointer重新初始化，M6.0復位。至此，一次完整的故障數據傳送過程結束。

圖2. 錄波子程序流程圖

4. 上位機程序設計
　　
　　上位機程序設計是以Visual Basic 6.0 為平臺，利用MS Comm控件，以事件驅動方式實現計算機與PLC之間串行通訊，完成數據間的交換。上位機程序包括用戶界面設計、通訊和數據處理程序、顯示程序等。
　　
4.1 用戶界面設計
　　
　　本