基于網(wǎng)絡(luò)控制的供電切換控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張暉

摘 要：該文主要闡述了通訊網(wǎng)絡(luò)在供電切換控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，以網(wǎng)絡(luò)通訊方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制信號(hào)的實(shí)時(shí)傳遞和交換。整體系統(tǒng)由5臺(tái)電源和10臺(tái)切換柜組成，具備故障自動(dòng)三級(jí)備用切換及停電自啟等功能。其中電源之間的故障切換由切換柜控制，而切換柜需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電源的工作狀態(tài)，在電源故障或停電時(shí)發(fā)出切換控制指令，因此15臺(tái)設(shè)備之間需要進(jìn)行大量的控制信號(hào)聯(lián)絡(luò)。該文中的通訊采用1主15從的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用PLC主從通訊（MS）和直接數(shù)據(jù)交換通信（DX）技術(shù)，根據(jù)供電切換系統(tǒng)的各種切換方式和功能，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)任意電源與任意切換柜之間復(fù)雜的控制信號(hào)以全雙工方式的通訊功能。通過(guò)搭建試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，模擬供電切換系統(tǒng)的所有設(shè)備，開展網(wǎng)絡(luò)通訊數(shù)據(jù)量與信號(hào)響應(yīng)速率測(cè)試，以及系統(tǒng)切換功能驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：Profibus-DP 控制聯(lián)絡(luò)信號(hào) 直接數(shù)據(jù)交換通信

中圖分類號(hào)：TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）04（b）-0016-01

實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的供電系統(tǒng)由多臺(tái)電源和與之配套的切換柜組成。這些電源通過(guò)切換柜實(shí)現(xiàn)故障切換，確保供電系統(tǒng)對(duì)負(fù)載供電的連續(xù)性。

該文通訊設(shè)計(jì)基于PROFIBUS總線，采用西門子直接數(shù)據(jù)通訊（DX）技術(shù)，并使用西門子PLC（可編程邏輯控制器）作為主控制器，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備之間控制信號(hào)的傳遞。應(yīng)用通訊網(wǎng)絡(luò)替代傳統(tǒng)干節(jié)點(diǎn)的控制方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)計(jì)中可使用布爾量、整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)等不同類型變量，便于控制程序設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)切換控制的準(zhǔn)確性。

1 供電系統(tǒng)簡(jiǎn)介及切換控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

供電系統(tǒng)設(shè)置5臺(tái)電源，每臺(tái)電源通過(guò)2臺(tái)切換柜與負(fù)載連接，共計(jì)15臺(tái)設(shè)備。在電源發(fā)生故障時(shí)，切換柜負(fù)責(zé)工作電源、備用電源和檢修電源的切換，保證主機(jī)的連續(xù)供電，保障主機(jī)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。切換柜除擔(dān)負(fù)切換電源工作外，還負(fù)責(zé)啟停電源以及投切補(bǔ)償電容和短接（消除反電動(dòng)勢(shì)）。

2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)底層為DP從站，由15臺(tái)設(shè)備主控制器PLC CPU模塊組成，通過(guò)PLC擴(kuò)展模塊采集設(shè)備內(nèi)供電參數(shù)信號(hào)和部件狀態(tài)信號(hào)，由PLC CPU模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理后向主站發(fā)送。

網(wǎng)絡(luò)中間層為DP主站。主站通過(guò)1個(gè)PLC CPU模塊與15個(gè)從站CPU模塊組成1主15從的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。主站不僅收集所有從站上傳的數(shù)據(jù)，還將這些數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口上傳至供電監(jiān)控系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)上層為供電監(jiān)控系統(tǒng)。利用主站預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)Profinet接口，監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以工業(yè)以太網(wǎng)形式進(jìn)行供電參數(shù)的采集。

3 硬件選型

根據(jù)西門子300系列PLC在工業(yè)的應(yīng)用情況，其穩(wěn)定性和可靠性較高，通訊及數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大，適合復(fù)雜的邏輯控制設(shè)計(jì)，滿足本文通訊及切換的控制。從站選用西門子CPU 313C-2DP模塊，該CPU自帶1個(gè)DP接口及32點(diǎn)DI/DO通道。作為DP從站具備直接數(shù)據(jù)交換功能，可實(shí)現(xiàn)從站之間的通訊功能。

系統(tǒng)主站選用西門子314-2PN/DP，該CPU包括1個(gè)DP接口和2個(gè)Profinet網(wǎng)絡(luò)接口，主站DP接口與從站DP接口通過(guò)DP插頭并行連接，形成1主15從通訊網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)Profinet網(wǎng)絡(luò)接口可將主站數(shù)據(jù)上傳至供電監(jiān)控系統(tǒng)。作為DP主站最大數(shù)據(jù)輸入量為2003個(gè)字節(jié)，根據(jù)從站上傳數(shù)據(jù)量的統(tǒng)計(jì)，主站滿足主從通訊運(yùn)行要求。314C-2PN/DP最大數(shù)據(jù)輸出量為2010個(gè)字節(jié)。

4 直接數(shù)據(jù)通信硬件設(shè)置

從站直接數(shù)據(jù)通信根據(jù)供電系統(tǒng)電源與切換柜連接關(guān)系進(jìn)行硬件組態(tài)，發(fā)送從站地址實(shí)際為該從站主從通訊上傳數(shù)據(jù)所設(shè)定的起始地址，組態(tài)時(shí)只需設(shè)定接收從站地址，并根據(jù)數(shù)據(jù)量規(guī)定數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。直接數(shù)據(jù)通信只需在接收從站進(jìn)行硬件組態(tài)。

按照供電系統(tǒng)控制方式，電源與切換柜之間聯(lián)絡(luò)信號(hào)為：?jiǎn)?dòng)信號(hào)（來(lái)自切換柜）、啟動(dòng)完成信號(hào)（來(lái)自電源）、總故障信號(hào)（來(lái)自電源）。因此任意1臺(tái)電源與1臺(tái)切換柜通訊實(shí)際接收和發(fā)送聯(lián)絡(luò)控制信號(hào)分別為1個(gè)字節(jié)，本次通訊設(shè)計(jì)1個(gè)工作電源從站向1個(gè)工作切換柜從站均發(fā)送32個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，1個(gè)工作切換柜從站向1個(gè)工作電源從站發(fā)送32個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，1個(gè)切換柜從站向1個(gè)檢修電源從站發(fā)送16個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，1個(gè)電源從站向1個(gè)檢修切換柜從站發(fā)送40個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。

直接數(shù)據(jù)通信只需在接收站從站進(jìn)行硬件組態(tài)。

5 直接數(shù)據(jù)通信的程序設(shè)計(jì)

因?yàn)橹苯訑?shù)據(jù)通信中發(fā)送從站地址實(shí)際是主從通訊發(fā)送從站通信區(qū)的發(fā)送起始地址，因此只需在接收從站進(jìn)行程序的編寫。

數(shù)據(jù)塊（DB）：根據(jù)不同的發(fā)送從站在接收從站建立相應(yīng)接收數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)塊大小為32個(gè)字節(jié)，存放相應(yīng)接收的數(shù)據(jù)。

功能塊（FC）：調(diào)用系統(tǒng)功能塊SFC14，將接收區(qū)數(shù)據(jù)解包到指定數(shù)據(jù)塊中。發(fā)送從站除發(fā)送控制信號(hào)外，還向接收從站發(fā)送模擬量信號(hào)。

組織塊（OB1）：調(diào)用功能塊（FC）。

6 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目使用西門子PLC（可編程邏輯控制器）作為電源和切換柜的主控制器，采用直接數(shù)據(jù)通信（DX）技術(shù)，較好地實(shí)現(xiàn)了切換柜單元內(nèi)電源和切換柜之間的數(shù)據(jù)通訊，達(dá)到了最初項(xiàng)目預(yù)期設(shè)計(jì)要求。為保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中加入少量干節(jié)點(diǎn)連接，干節(jié)點(diǎn)與通訊形成冗余模式，更進(jìn)一步提高了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

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