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、 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。
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PL 块的测量范围之内,才能接入到相应模块的输入端。此外, 还要虑采样周期问题。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。
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)。