S7-200smart西门子PLC在大龙潭发电厂技改中的应用

罗红宇　罗智敏

摘 要：大龙潭发电厂地处云南省昆明市寻甸县功山镇，发电厂建于上世纪七十年代，调速器采用YT200型，发电机励磁采用励磁发电机励磁，同期采用信号灯与整步表组合的并网装置。2018年8月，云南晨鸣电器有限公司通过采用西门子S7-200 SMART PLC，实现对大龙潭发电厂发电机控制的自动化改造，实现大龙潭发电厂发电机控制升级改造，为电力企业发电厂升级改造提供新方法。

关键词： 发电厂综合自动化 PLC WINCC组态软件;OPC通信;以太网

1 引言

在科技水平日新月异的今天，发电机控制逐渐开始向自动化方向转变。发电厂的自动化系统能更好的保护控制发电机，提高发电的可靠性、安全性和发电效率。本文通过云南晨鸣电器有限公司对大龙潭发电厂发电机自动化改造方法的选择与运用，达到高效经济解决大龙潭发电厂发电机保护控制的难题，为稳步提升小型发电厂安全经济运行提供新方法。

大龙潭发电厂现有发电机4台、总装机容量1600kW，发电站现有发电控制设备为我国上世纪七十年代产品，已无法满足现代电网对发电站安全、可靠、经济运行的要求。

2 问题提出

近年来，随着南方电网的不断发展，电网对发电厂的运行和管理需求也在不断地变化，要保证电力生产安全有序进行，对大龙潭发电厂发电机控制改造也势在必行。

如何建立一套适应大龙潭发电厂安全、经济运行的发电自动化系统呢？答案就是：充分利用大龙潭发电厂现有的硬件，以保证电网和发电安全为目的。逐步实现数据资源、技术资源、设备资源共享，有效的节约维护成本及系统建设成本，达到大龙潭发电厂安全、可靠、经济的运行。

3 调度采集传输系统建立

3.1大龙潭发电厂现实情况

（1）大龙潭发电厂建于上世纪七十年代，调速器采用YT200型，发电机励磁采用励磁发电机励磁，同期采用信号灯与整步表组合的并网装置;

（2）随着寻甸电网的扩大，调度员需要有更多发电厂的信息，以便及时掌握发电厂的运行情况;

（3）为提高发电厂安全性，要求调度采用更多的远方集中反事故措施等;

3.2建立的方法：

如何对大龙潭发电厂进行技改呢？既要达到大龙潭发电厂安全、可靠运行，又要达到经济的运行。

提高发电厂的自动化水平，提高发电机的保护控制水平，提高发电的可靠性、安全性和发电效率。

（1）可编程控制器选择：S7200smart 系列可编程控制器（简称PLC） 是西门子公司生产的小型的PLC， 除了其出色的硬件特点， 在性能、体积、重量、指令系统、运行速度等方面， 较过去的PLC 有了全面的提高和充实。它一推出就在各行各业得到广泛的应用。

（2）S7200smart的可靠性：全新的S7-2 0 0 S M A R T 带来两种不同类型的C P U 模块，标准型和经济型，全方位满足不同行业、不同客户、不同设备的各种需求。标准型作为可扩展C P U 模块，可满足对I / O 规模有较大需求，逻辑控制较为复杂的应用;

网络通信：丰富的通信端口，集成强大的以太网通信S7-200 SMAR T CPU 模块本体集成1 个以太网接口和1 个RS485 接口，通过扩展CM01 信号板，其通信端口数量最多可增至3 个。可满足小型自动化设备连接触摸屏、变频器等第三方设备的众多需求。

以太网通信所有CPU 模块标配以太网接口，支持西门子S7 协议、TCP/IP 协议、有效支持多种终端连接：可作为程序下载端口（使用普通网线即可）与SMART LINE HMI 进行通信通过交换机与多台以太网设备进行通信，实现数据的快速交互最多支持4 个设备通信。

（3）工业控制软件选择：经过试验比较组太王、力控、西门子WINCC等3个厂家的工控软件后。我们采用西门子WINCC监控组态软件”，WinCC运行于Microsoft Windows 下的Windows控制中心，已发展成为欧洲市场中的领导者，乃至业界遵循的标准。如果你想使设备和机器最优化运行，如果想最大程度地提高工厂的可用性和生产效率，WinCC当是上乘之选。

3.3系统平台的构成：

大龙潭发电厂管理控制平台，由主站和现场LCU屏两部分组成。主站设在控制室，子站设在发电机旁，两者之间通过光纤通信，以太网技术在大龙潭发电厂中的应用，实现有效地对现场设备进行控制，实现不同终端之间的数据交换与共享，發电厂的管理层还能够通过网络对现场进行实时监督，从而有效减少人力的消耗，节约相关的成本。网络实现实时传输各项数据。该系统具有自动数据采集、控制、数据传输、设备运行状态实时查看和设备故障及异常报警等功能。发电厂中的计算机设备是通过网络与PLC直接相连的.通过计算机来对其进行自动化控制及操作，进而对发电厂的设备运行状况进行实时监控与调整。其自动化控制及保护工作主要就是依据其设备中电气参量和热工参数的相关标准与限制从而对设备的运行状态进行保护，构成一个保护的回路状态。

3.3.1发电厂控制管理系统平台的构成见图1所示，其主要组成部分如下。

主站层：承担系统当地监控管理任务，主服务器、备份服务器、交换机、防火墙、数据库、工作站、操作系统、主站工控软件、打印机和UPS电源。

网络层包括：承担与管理层和终端层的通信管理任务。

子站LCU包括：承担就地单元的采集、保护、控制任务。

3.3.2 配置

（1）管理层：工控机、显示器、打印机、不间断电源、24口HUB、当地监控系统软件、调试培训软件、规约转换软件。

（2）网络层：1/8多串口卡、光纤收发器。

（3）终端层：就地采集控制PLC装置、Autony系列保护装置及其他站内原有设备。

大龙潭发电厂整个程序由主程序、自动开机子程序、停机子程序（包括事故、紧急事故停机）三部分组成，如图1。机组开机或停机过程中相关设备的操作是分步进行的，前一设备的操作命令发出后，机组控制程序确定其已完成的条件下，才发出下一设备的操作命令。这是典型的顺序控制，因此在软件编程的时候我采用了状态法编程的思想：即对于复杂的控制过程，将之分解为一个个的小状态，分别对每一个小状态编程后，再依这些小状态的联系将小状态连接起来以实现总的控制任务。也就是说，将机组的开机和停机过程分解为一个个小状态，再依据这些状态间的联系将它们联系起来，这样的设计方法像是模块化设计一样，无论是逻辑上，还是查找错误都变得很容易。

大龙潭发电厂自动发电控制功能包括功率控制、按给定水位控制发电二个部分组成。功率控制：大龙潭发电厂操作人员根据调度要求，通过监控软件界面输入。操作人员也可以根据实际需要确定功率给定值，发送给各机组LCU，从而控制机组出力。给定水位发电：按给定大龙潭水位发电，水电厂操作人员设定电厂运行的龙潭水位值，调节整个水电厂的出力，使得水电厂在设定的水头下运行。同时，考虑在给定龙潭水位值下，尽可能地多发电，提高电厂的经济效益。给定龙潭水位值由电厂操作人员手动输入，当实际水位运行在给定水头值的误差允许范围内运行时，机组在一定时期内以恒定负荷运行;当水位偏离给定水头值允许区间时，按给定水位发电程序迅速调节机组出力，首先将实际水位重新调节到给定水位附近，然后重新调整机组出力，找到使电厂的进水量与出水量相平衡的机组出力值，在一定时期内维持机组出力值不变，从而维持水位的平衡。

4 建立后的效果

2013年2月，首先对大龙潭发电厂进行了技改，改造时间为90天。改造完成后，经过3个月时间的试运行，发电稳定达到设计要求，同时有效提升发电厂的运行状况及相关的管理水平，还能够极大程度地减少水资源的消耗，进而有效地提升发电企业的经济效益。在发电厂中应用电气自动化技术，不仅可以有效提升发电厂的运行状况及相关的管理水平，同时还能够极大程度地减少相关资源的浪费与消耗 ，进而有效地提升电力企业的经济效益。

5 运行效果如下

5.1对发电机运行状态实现实时监控

实现值班人员实时监视发电机的周波、电压、潮流、负荷与主设备的位置状况等方面的数据，通过控制使发电机参数符合规定，保证发电质量。

5.2提高电网的安全经济调度

调度员根据电网数据在确保电网安全运行和满足生产要求的基础上，以现有的设备不变为前提，通过优化调整负载的分配、择优选取发电厂的运行方式，最大限度地降低发电机的电能损耗。加强对发电厂上网负荷监视，包括电压、电流、功率因数、功率等，及时指挥调整发电厂上网电压、电流、功率因数、功率等。保证电网的平衡、稳定、可靠运行。

5.3实现对电网运行安全分析和事故处理

调度数据采集传输系统实现对电厂数据的监控、显示、存储。为电网运行，事故分析，提供相应的数据，为调度员及时预测、判断或处理电网故障提供数据支持。也为防止电网瓦解崩溃，造成大面积停电，给用户带来经济损失，提供相应的监控手段。

5.4提高电网规划的预见性与经济性

通过电厂数据采集传输系统能及时发现电网薄弱点，针对电网薄弱点及时分析总结并上报，为以后调度工作及电网规划改造提供预见性的前期工作。

5.5降低电网损耗

通过调度员合理调度，降低变压器的电能损耗、线路损耗、电网故障跳闸次数，提高电网安全经济运行水平，为电网用户提供更好的服务。

5.6改造后的运行情况

改造完成至今，发电厂尚未发生任何误传，误跳，控制保护可靠。

5.7改造及运行费用

大龙潭发电厂系统改造费用总计为60万余元，其中工控电脑二台，配套软件WINCC二套，LCU发电控制屏四台，发电机励磁屏四台，直流屏一套，断路器柜四台。

5.8经济效益分析

改造大龙潭发电厂市场价格：一个站大约为160万元，其中工控电脑二台，配套软件WINCC二套，LCU发电控制屏四台，发电机励磁屏四台，直流屏一套，断路器柜四台。

改造一个发电站总计60万。而改造大龙潭发电厂市场价格：一个站大约为160万元，通过对比就发现节省太多。

6 结束语

发电厂的电气综合自动化系统已经成为一种发展的方向与趋势，做好电气综合自动化系统的建设能够有效提升发电厂的运行效率与经济效益。同时，应用电气综合自动化系统还能够有效地减少相关资源的消耗，进而降低发电厂的运行成本，提升其在市场竞争中的地位。通过改造改善电站的运行条件，减少人力物力，是水电站实现“无人值班，少人值守”的基础，為进一步提高寻甸电网安全经济运行提供可能。

作者简介：

罗红宇（1968.2-）男，汉，云南昆明，大专，高级电气工程师，总工，研究方向：电气自动化。

（1.云南晨鸣电器有限公司 云南 昆明 650041;2.华中科技大学 湖北 武汉 430000）