贵阳市南供电局110kV观水变电站是贵阳市南明区的主要供电站，变电站用配电盘运行的稳定可靠性直接影响到向整个区大部分的生产、生活供电，原用的配电盘系统功能简单、自动化程度不高、控制方式落后，对供电局实现无人值守变电站和配网自动化带来很多不变，也不能时刻保证城区电网供电的电源质量。2005年5月对该配电盘进行了设备改造，改造以西门子公司的S7—200PLC做控制中心，TP270做监控操作中心，其它配电设备和监测设备均采用国外厂家产品。
新的配电盘通过电压监测模块监测1、2号变电站站用变压器的供电情况，由PLC控制ATS开关（AutomaticTransferSwitch）进行自动投切和互投操作，馈线监测模块将馈线装置的状态、动作及多种电能参数进行监控，确保变电站的各辅助系统稳定运行，所有装置的操作、运行情况和电能参数通过PLC在TP270上得以体现和记录，并通过RS-485或LAN将各种信号传送到供电调度中心和集控中心，以便及时进行供电调度和设备检修。
设备改造中使用了西门子公司的224XP-CPU、TP270人机界面、EM221数字量输入模块、EM222数字量输出模块和CP243-1以太网通讯模块。
图1 企业照片
图2系统结构图
名 称 | 型 号 | 数 量 | 备 注 | ||
PLC | 224XP | 1 | AC/DC/R/Port×2 | ||
DI | EM221×8 | 4 | DC24V | ||
DO | EM222×8 | 2 | |||
CP | 243-1 | ||||
HMI | TP270 | 10寸 | |||
电压监测模块 | GKR-02 | ||||
多功能监测模块 | DIRIS AP | ||||
馈线开关状态监测模块 | OF | 40 | |||
隔离开关 | CD630A | ||||
ATS | MICRO | ||||
电动操作馈电开关 | NS200A | ||||
馈电开关 | NS125A | 6 | C65/63A | 28 | |
电源模块 | 24V/2.5A | ||||
编程软件 | MicroWin4.0 | ProTools/Pro6.0 | |||
表1 系统配置表
图3应用中的画面
应用S7-200PLC升级过后的变电站站用配电盘（智能配电屏），改变了以前电能数据采集麻烦、运行方式单一、必须现场手动操作等问题，现在除了保留必须的手动操作方式外，根据运行方式PLC能控制ATS开关任意切换在电源I或II上运行，当运行电源进线失压时，另一电源进线能可靠自投或恢复，可进行远程操作，解决了目前ATS产品控制投切不准确，操作方式单一和远程控制的问题。改造以前的配电盘上有着各种电能仪表，现在只需一块多功能仪表就能完成电压、电流、频率、有功功率、无功功率等各种电能参数的监测、采集和数据分析，还有谐波分析、模拟量和报警输出等功能。站用配电屏还能监控每一馈电回路的电流和工作状态，整个配电盘的任何一个动作、操作和故障报警都及时显示并储存在TP270上，通过MODBUS总线可以把这些数据传到附近的控制中心，也可以通过以太网将数据传到数公里之外的调度中心，以便于进行更好的运行维护和管理。
在设计过程中大的问题就是如何将智能仪表的数据通过S7-200PLC读到TP270上。本系统中的智能仪表用的是MODBUS_RUT协议，只能做从站使用，也就是说S7-200PLC必须做主站去读取仪表的数据，在现行的资料中只有S7——200PLC做MODBUS从站的资料，要S7-200PLC做主站就只有自己编写用自由口做MODBUS主站的程序，由于仪表提供的数据较多且数据地址分散，再加上要求每秒刷新一次，还要做数据的CRC校验，编写这样的通讯程序是有一定难度的，如果逐一地址的编写程序，那么程序就会过长，会影响总循环时间，不但做不到1秒钟刷新一次，可能还会引起端口发送、接收冲突和CRC校验出错，经过反复的研究实验，后在程序中采用了用计数器来轮询地址的方法，从而减少了程序量和总循环时间。部分程序如下：（OB1主要功能为初始化端口为自由口，初始化发送和接收的数据格式，设定轮询时间，轮询和中断连接;SBR5和SBR6做发送和接收数据的CRC校验，CRC检验主要通过字节异或循环，移位循环和公式异或做发送数据的CRC校验;中断1为接收数据;中断2对接收CRC校验结果验证）
1．概述 2．PROFIBUS-DP通讯 步骤1步骤2 图2安装通讯模板 2．1激活通讯模板功能和设置站地址 2．1．1通过液晶屏激活通讯模板和设置站地址 1.在接通3RW44软起动器之前，要先检查主侧和控制侧的接线是否正确。在施加控制电压之后，会自动进入必须执行一次的快速起动菜单中，根据设备的情况来预设软起动器的重要参数。（详见操作手册） 2. 按照图3所示的顺序操作按键来激活通讯模版。 3. 按照图4所示设定设备PROFIBUS DP地址，并按照图5保存参数。 2．1．2通过参数化软件激活通讯模板和设置站地址 1. 将安装参数化软件Soft Starter ES Professional 或Soft Starter ES Smart+sp1的软件连接至3RW44软起动器。 6. 完成第5步操作后在左侧的树状参数结构的“Device parameter”下会出现“Field bus”参数条目。点击此条目进入通讯参数化界面。 完成上述步骤后，通讯模板的PROFIBUS DP LED 红色闪烁，液晶显示屏的下面出现“”图标表示通讯模板的功能被激活。 注意：当通讯功能激活后，3RW44的控制优先权会自动从端子输入控制转换为PROFIBUS-DP控制，如果将其中的某个输入端子的功能定义为“Manualoperation local”功能并激活该功能，则控制的优先权仍然为端子控制。 2．2 3RW44的PROFIBUS通讯和组态 PROFIBUS-DP的通讯为主从方式，主站分为两种，1类主站和2类主站，在大多数情况下，1类主站指plc，PG/PC是2类主站。与1类主站通讯时，即可以采用DPV0的通讯方式，也可以采用DPV1的方式；与2类主站通讯时，只能采用DPV1的方式。 2．2．1 将3RW44软起动器集成在DP主站系统中 1) 通过GSD文件的安装 GSD文件是设备数据文件，包括具有统一格式的DP从站的说明。通过添加GSD文件可以将DP从站集成到STEP7硬件组态中。GSD文件可以从西门子网站中下载：http://www.siemens.com/softstarter 23219700 将下载的GSD文件保存在硬盘上。打开STEP7，并插入一S7站，打开硬件配置界面，关闭内层应用界面。菜单选项Options>InstallGSD file…，在弹出的对话框中选择选择要安装的GSD文件,安装成功后以“OK”确认。这样在硬件配置目录的AdditionalField Devices中就可以找到3RW44设备。 2）通过OM将3RW44软起动器作为S7从站进行集成 要想利用Soft Starter ES Professional从STEP7－HWConfig过程中对3RW44进行参数化设定，在安装Soft Starter ES Professional必须安装“OM SoftStarter”。它包含在“Soft Starter ESProfessional”软件中。组态时先打开STEP7硬件配置，在硬件配置目录“PROFIBUS DP>Switchingdevice>Motor starter”中找到3RW44： 2．2．2 报文说明和数据访问 1. 循环数据 PROFIBUS DP主站和DP从站之间在每个DP循环中交互的数据即为循环数据。控制数据为PROFIBUSDP主站发送到3RW44软起动器的控制命令数据包括控制设备的启停命令，设备故障的复位命令等。信息数据是3RW44软起动器发送到DP主站的响应数据，包括设备的状态，主回路电流等。循环数据的处理是在PLC的程序中对输入（信息数据）和输出（控制数据）编程来完成。 2． 非循环数据 对于非循环数据的读写需要调用SFC58“WR_REC”（写数据记录）和SFC59“RD_REC”（读数据记录）。根据手册中的数据记录的序号和内容来读写数据记录（详见通讯手册第8章）。程序例子如下： 2. 2. 3通过STEP7诊断 如果想通过STEP7读诊断信息，则需要选中参数化软件中的组诊断。 在STEP7中可以调用系统功能SFC13“DP NRM_DG”来读出从站的诊断信息。从站诊断信息的结构如下: |