基于PLC的光纖通信技術(shù)在變壓器遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用

許金紅

基于PLC的光纖通信技術(shù)在變壓器遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用

許金紅

（保定天威集團(tuán)特變電氣有限公司，河北 保定 071056）

在某電廠110kV變壓器改造過(guò)程中，針對(duì)變壓器現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)多、與后臺(tái)傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，本文提出并采用通過(guò)可編程邏輯控制器將變壓器二次開(kāi)關(guān)量信號(hào)、模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)再經(jīng)由光纖通信傳到遠(yuǎn)方后臺(tái)的方法，成功解決了實(shí)際困難。

變壓器；可編程邏輯控制器；光纖；通信

0 引言

在某電廠110kV變壓器改造過(guò)程中，二次信號(hào)的遠(yuǎn)程傳輸中發(fā)現(xiàn)3個(gè)難題：①新增的變壓器本體二次信號(hào)較之前增加很多，增設(shè)電力電纜困難；②變壓器與后臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的傳輸距離較遠(yuǎn)（800m），干擾源較多，模擬量信號(hào)衰減大，容易失真[1-2]；③后臺(tái)系統(tǒng)沿用以前老式的監(jiān)控系統(tǒng)，必須考慮新變壓器與老式后臺(tái)系統(tǒng)的兼容問(wèn)題?？紤]到以上幾點(diǎn)，本文中提出對(duì)變壓器本體二次信號(hào)采用可編程邏輯控制器（programmable logic controller, PLC）轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)[3-4]，并更換為通過(guò)光纖傳輸數(shù)字量[5]，由光纖傳輸?shù)竭_(dá)監(jiān)控室之后再將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬量和開(kāi)關(guān)量，實(shí)現(xiàn)與后臺(tái)系統(tǒng)的對(duì)接。該項(xiàng)目具有節(jié)省成本和安全可靠的優(yōu)點(diǎn)[6]。

1 系統(tǒng)組成及原理

1）變壓器信號(hào)采集量

本項(xiàng)目中從變壓器本體采集并需輸送的信號(hào)包含光纖測(cè)溫信號(hào)5路，全部為4～20mA模擬量；油溫、油位、瓦斯報(bào)警、光纖報(bào)警開(kāi)關(guān)量信號(hào)15路和1路PT100溫度遠(yuǎn)傳信號(hào)。采集到的信號(hào)傳輸?shù)娇刂剖液螅?5路開(kāi)關(guān)量和5路模擬量仍保留不變，傳至后臺(tái)的1路PT100經(jīng)轉(zhuǎn)化為4～20mA模擬量后接入監(jiān)控系統(tǒng)。

2）硬件組成

硬件設(shè)備由PLC及其擴(kuò)展模塊、光電交換機(jī)、單模光纖等組成。

根據(jù)設(shè)備采集及輸出的開(kāi)關(guān)和模擬量數(shù)量，項(xiàng)目中采用兩臺(tái)西門子ST40型CPU模塊、一個(gè)EM AI08模擬量輸入模塊、兩個(gè)EM AQ04模擬量輸出模塊，一個(gè)EM AR02熱電阻模塊，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換和通信功能。其中一臺(tái)PLC放置在變壓器端控箱內(nèi)，用來(lái)將本體的二次開(kāi)關(guān)量和模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，另一臺(tái)置于控制室，用于將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換回開(kāi)關(guān)量和模擬量。光電交換機(jī)采用工業(yè)級(jí)MIENI1203型，用來(lái)將PLC轉(zhuǎn)化的數(shù)字電信號(hào)轉(zhuǎn)成光信號(hào)或?qū)⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)化回電信號(hào)。

3）工作原理

本系統(tǒng)主要工作過(guò)程是通過(guò)以下途徑實(shí)現(xiàn)的：PLC作為主要數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)化元件，首先將采集到的測(cè)控信號(hào)通過(guò)PLC轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，再經(jīng)光纖交換機(jī)把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)傳輸出去；在后臺(tái)通過(guò)另一臺(tái)光電交換機(jī)接收光信號(hào)，并通過(guò)后臺(tái)的光電交換機(jī)接收后由后臺(tái)PLC把信號(hào)轉(zhuǎn)換回模擬量和開(kāi)關(guān)量，兩臺(tái)PLC通過(guò)以太網(wǎng)、光纖網(wǎng)絡(luò)組建網(wǎng)絡(luò)通信，通過(guò)以太網(wǎng)協(xié)議實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)之間的信息發(fā)送和接收。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

2 軟件編程測(cè)試

西門子S7-200 SMART CPU提供一個(gè)以太網(wǎng)端口，因此兩臺(tái)PLC可以方便地通過(guò)以太網(wǎng)口連接至光纖設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息交換。本項(xiàng)目以太網(wǎng)通信協(xié)議采用TCP通信協(xié)議。TCP是一個(gè)因特網(wǎng)核心協(xié)議，在以太網(wǎng)通信的主機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用程序之間，TCP提供了可靠、有序并能夠進(jìn)行錯(cuò)誤校驗(yàn)的消息交互功能。TCP能保證接收和發(fā)送的所有字節(jié)內(nèi)容和順序完全相同。

對(duì)S7-200 SMART之間的TCP通信，雙方通過(guò)調(diào)用開(kāi)放式用戶通信指令庫(kù)中的指令即可實(shí)現(xiàn)。

2.1 變壓器端PLC編程

1）設(shè)置變壓器端PLC IP地址

將變壓器端PLC地址設(shè)置為192.168.0.101，如圖2所示。

圖2 設(shè)置變壓器端PLC IP地址

2）建立變壓器端PLC TCP連接

調(diào)用指令庫(kù)中的TCP_CONNECT指令建立TCP連接，參數(shù)設(shè)置如圖3所示。設(shè)置連接后臺(tái)PLC地址為192.168.0.102，遠(yuǎn)端端口為2001，本地端口為5000，連接標(biāo)識(shí)ID為1。

圖3 設(shè)置變壓器端TCP_CONNECT指令參數(shù)

3）調(diào)用發(fā)送數(shù)據(jù)指令

調(diào)用TCP_SEND指令發(fā)送以VB0為起始地址，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為VW100內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，發(fā)送到連接ID為1指定的后臺(tái)端PLC。變壓器端TCP_SEND指令的參數(shù)設(shè)置如圖4所示。

圖4 設(shè)置變壓器端TCP_SEND指令參數(shù)

2.2 后臺(tái)端PLC編程

1）設(shè)置后臺(tái)端PLC IP地址

參照?qǐng)D2，設(shè)置IP地址為192.168.0.102。

2）建立后臺(tái)端TCP連接

參照?qǐng)D3，調(diào)用TCP_CONNECT指令建立TCP連接。設(shè)置變壓器端地址為192.168.0.101，遠(yuǎn)端端口為5000，本地端口為2001，連接標(biāo)識(shí)ID為1。

3）后臺(tái)端接收數(shù)據(jù)

后臺(tái)端PLC調(diào)用TCP_RECV指令接收變壓器端PLC發(fā)送的數(shù)據(jù)。接收的緩沖區(qū)長(zhǎng)度為VW100內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)以VB1000為起始。后臺(tái)端接收數(shù)據(jù)指令的設(shè)置如圖5所示。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試結(jié)果

按照?qǐng)D2—圖5進(jìn)行硬件連接和測(cè)試，并對(duì)PLC編程，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸試驗(yàn)。在圖6中，VW0是變壓器端發(fā)送的開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)，VW50是變壓器端發(fā)送的1個(gè)模擬量數(shù)據(jù)，VW100是發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。圖7中，VW1000是后臺(tái)端接收的對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)，VW1050是后臺(tái)端接收的對(duì)應(yīng)模擬量數(shù)據(jù)，VW100是接收的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。通過(guò)變壓器端PLC發(fā)送數(shù)據(jù)和后臺(tái)端PLC接收數(shù)據(jù)一致性測(cè)試，數(shù)據(jù)結(jié)果顯示：開(kāi)關(guān)量數(shù)值完全相同；模擬量數(shù)值由于模擬量處在動(dòng)態(tài)變化中以及傳輸?shù)纳杂袦螅Y(jié)果稍有偏差，但從數(shù)值看差值很小，僅萬(wàn)分之三左右的誤差，滿足監(jiān)測(cè)精度，達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)，證明方法可行。

圖5 后臺(tái)端TCP_RECV指令設(shè)置

圖6 變壓器端發(fā)送的數(shù)據(jù)

圖7 后臺(tái)端接收的數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

通過(guò)本項(xiàng)目的軟硬件實(shí)施，驗(yàn)證了其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)運(yùn)行可靠，獲得了成功。本項(xiàng)目具有以下幾方面的顯著優(yōu)點(diǎn)：

1）采用PLC作為通信控制設(shè)備，軟、硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，響應(yīng)迅速，運(yùn)行可靠。

2）采用光纖/以太網(wǎng)通信的方式，避免了鋪設(shè)大量的電力電纜，可節(jié)省大量人力、物力，從而更節(jié)材。

3）采用光纖傳輸?shù)姆绞?，傳輸距離長(zhǎng)，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。

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Application of optical fiber communication technology based on PLC in transformer remote monitoring

XU Jinhong

(Baoding Tianwei Group Tebian Electric Co., Ltd, Baoding, Hebei 071056)

In the process of 110kV transformer's reconstruction, according to the characteristics of transformer signals much more and long transmission distance on-site, the method of transforming secondary switching signal and analog signal of transformer into digital signal through PLC and then communication through optical fiber was adopted, which successfully solved the practical difficulties.

transformer; programmable logic controller (PLC); optical fiber; communication

2020-06-23

2020-07-10

許金紅（1978—），男，河北保定人，本科，高級(jí)工程師，主要從事智能化變壓器設(shè)計(jì)工作。