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摘 要：电能作为现代社会不可或缺的主要能源之一，保障供电的可靠性和连续性具有积极重要的意义。本文中所设计的双电源备自投的监控系统以S7-200 PLC为控制器，可对各变电站供电电源的实时配电参数、各断路器工作状态、故障报警记录进行监控。保障了供电电源的连续性和稳定性，实现对系统的有效监控。
关键词：备自投装置；S7-200 PLC；GPRS
1. 双电源备自投系统的设计
1.1 双电源备自投系统
双电源备自投系统主要由后备电池单元、主回路检测单元、智能电能测量仪、控制单元和智能断路器组成。传统备自投系统控制单元的电源由常用电源或备用电源提供。当以上电源都出现故障时，控制单元因失电而无法正常工作。本文所设计的系统在其基础上增设了后备电池单元，以实现在常用和备用电源都断电时，仍可提供电源给控制单元，以完成备自投的投切、故障记录和系统恢复等一系列的操作，进而保障了控制系统在供电电源出现故障时能正常工作。
1.2 备自投控制系统的模式分析
双电源备自投方案有暗备用和明备用两种方式：
（1）暗备用方式下，当检测到某侧电源出现过压、欠压、失压、断相、频率失调等故障时，系统经延时跳开该侧进线断路器后发自投指令，合母联断路器；当检测到故障电源恢复正常时，系统启动自复程序，先断开母联断路器，后合该侧进线断路器。
（2）明备用方式下，当检测上述故障时，系统经延时跳开常用电源进线断路器后发自投指令，合备用电源进线断路器；当检测到常用电源恢复正常时，系统启动自复程序，先断开备用电源进线断路器，后合常用电源进线断路器。
1.3 备自投控制方案的设计
目前，双电源备自投方案主要有两台变压器暗备用方式和两台变压器明备用方式。
1.3.1 两台变压器暗备用方式
图1.1为两台变压器暗备用主回路接线方式：单母线分I、II两段，两路高压电源由进线A和B引入，分别经变压器T1和T2降压后给各自分段母线提供电源，电源进线A和电源进线B互为备用。
图1.1 两台变压器暗备用方案结构图
暗备用方式的控制要求如下：
（1）正常工作时，断路器QF1、QF2处于合闸状态，母联断路器QF3处于分闸状态。当进线A或进线B中某路电源失电或有故障时，先断开相应的进线断路器，再闭合母联断路器QF3，由另一进线电源带I、II段母线运行，保障负载的供电。当两路进线电源都出现故障时，三台断路器都应分闸；当其中一路或两路进线电源恢复电力后，在自投自复模式或自投不自复模式下，相应进线断路器经程序判断自动投入或保持分闸状态。
（2）当某变压器超温跳闸时，应闭锁该侧进线断路器，待超温故障解除后方可闭合相应断路器。
（3）当某进线电源断相时，备自投系统不应误动作，应发出故障报警。
1.3.2 两台变压器明备用方式
两台变压器明备用接线方式：与暗备用方式区别为单母线不分段（即QF3始终处于合闸状态）。
明备用方式的控制要求如下：
（1）正常工作时，断路器QF1处于合闸状态，断路器QF2处于分闸状态。当进线电源A失电或故障时，先断开断路器QF1，再闭合断路器QF2，由进线电源B带母线运行，保障负载的供电。当两路进线电源都出现故障时，断路器QF1、QF2都应分闸；当其中一路或两路进线电源恢复电力后，在自投自复模式或自投不自复模式下，相应进线断路器经程序判断自动投入或保持分闸状态。
（2）当某变压器超温跳闸时，应闭锁该侧进线断路器，待超温故障解除后方可闭合相应断路器。
（3）当某进线电源断相时，备自投系统不应误动作，应发出故障报警；
2. 监控系统
本文设计的监控系统主要由现场设备、终端站（S7-200 PLC）、本地监控站、GPRS通讯网络和远程监控PC站组成。在变压器二次侧进线上安装电压检测电路，检测两路进线电源的质量情况。该电路的输出信号通过PLC集成的I/O口采集到PLC中，同时智能电能测量仪测量的两段母线上电源配电参数和智能断路器的分合闸状态通过其自身集成的Modbus接口上传到PLC中。PLC对这些数据进行程序判断，输出信号控制进线和母联上断路器的合分闸，实现对两路进线电源的切换控制。S7-200 PLC通过扩展模块EM277将现场的实时数据上传到Profibus-DP总线上，进而显示在本地监控站的PC机上。与此同时，S7-200 PLC通过专用的GPRS通讯模块（GPRSDTU）将数据交换到GPRS网络，进而传送给远程监控PC站的PC机，显示在WinCC监控画面上。监控系统中，底层智能设备和控制器S7-200 PLC是通过Modbus网络进行数据交换，S7-200 PLC与本地监控站的上位机之间可进行Profibus-DP通讯。
2.1 底层智能设备及终端站的配置
底层设备主要包括常规电压检测电路、智能电能测量仪和智能断路器。智能电能测量仪选用型号为YW3000，智能断路器选用型号为CW1，两者具有Modbus通信接口，可供S7-200 PLC读写数据。
终端站选用西门子公司生产的S7-200系列PLC，其CPU为S7-224XP。为了满足本设计的控制系统输入输出点数的要求，需增加8输入的扩展模块EM221。常规电压检测电路的输出信号通过集成I/O口上传到PLC中。
2.2 本地监控站的配置
为了便于现场调试、检修设备在现场设立本地监控站，本地监控站的PC机上安装WinCC-V7.0和SIMATICNET软件并配有CP5611板卡。S7-200 PLC需要通过EM277模块连接到Profibus-DP总线，进而将数据上传到本地监控站。 2.3 GPRS无线通讯网络
GPRS无线通讯网络具有高速数据传输速度、永远在线、仅按数据流量计费等优点。本设计的无线通讯系统由如下部件组成：
模块SINAUTMD720-3是S7-200系列PLC实现GPRS/GSM通讯专用的调制解调器，该模块具有降低信息故障率的功能。圆钢天线适用于GSM/GPRS网络（Quad-band）中将PLC的实时数据交换到GPRS网络。无线通讯软件SINAUTMICROSC主要用于远程监控PC和SIMATICS7-200之间的连接和通讯任务，内部集成有OPC Server服务器。OPC服务器可以将S7-200 PLC通过GPRS网络连接到监控中心的调度台上。在监控中心通过SINAUTMICROSC软件可以查看连接在GPRS网络上的所有设备。
3. PLC的I/O分配及程序设计
3.1 PLC的I/O分配及接线
图3.1 PLC的I/O分配图
图中KA1-KA4为变压器电压检测电路中继电器的常闭开关，为了防止电压检测电路自身断线引起PLC误动作，将继电器的常闭开关串联起来作为电压检测信号，其中KA1、KA2用于检测进线电源A的电压信号，KA2、KA3用于检测进线电源B的电压信号。SA1、SA2和SA3分别是智能断路器QF1、QF2和QF3的手动操作信号，手动模式下用于控制智能断路器的通断。Q0.0为备自投工作于明备用方式指示，Q0.1为备自投工作于暗备用方式指示，Q0.2为自投闭锁指示，Q0.3为系统故障指示。
3.2 PLC程序设计
依据备自投的控制规则，绘制暗备用方式备自投逻辑框图，明备用方式来电自投及自恢复逻辑框图，明备用方式备自投逻辑框图，根据I/O点分配和逻辑框图，便可编制出PLC的梯形图程序。
图3.2 暗备用方式来电自投及自恢复逻辑框图
结论
本文针对传统的双电源供电系统供电连续性和稳定性差的问题进行分析和研究，设计了由S7-200PLC控制的双电源备自投及配电参数的监控系统，利用GPRS无线远程通讯系统，使得工作人员可以不到现场便可实现对备自投系统的控制。■
参考文献
[1] 王永华. 现代电器及可编程控制技术[M]. 北京：北京航天大学出版社，2002.9.
[2] 韩兵. 现场总线控制系统应用实例[M]. 北京：化学工业出版社，2006，38-40.
关键词：备自投装置；S7-200 PLC；GPRS
1. 双电源备自投系统的设计
1.1 双电源备自投系统
双电源备自投系统主要由后备电池单元、主回路检测单元、智能电能测量仪、控制单元和智能断路器组成。传统备自投系统控制单元的电源由常用电源或备用电源提供。当以上电源都出现故障时，控制单元因失电而无法正常工作。本文所设计的系统在其基础上增设了后备电池单元，以实现在常用和备用电源都断电时，仍可提供电源给控制单元，以完成备自投的投切、故障记录和系统恢复等一系列的操作，进而保障了控制系统在供电电源出现故障时能正常工作。
1.2 备自投控制系统的模式分析
双电源备自投方案有暗备用和明备用两种方式：
（1）暗备用方式下，当检测到某侧电源出现过压、欠压、失压、断相、频率失调等故障时，系统经延时跳开该侧进线断路器后发自投指令，合母联断路器；当检测到故障电源恢复正常时，系统启动自复程序，先断开母联断路器，后合该侧进线断路器。
（2）明备用方式下，当检测上述故障时，系统经延时跳开常用电源进线断路器后发自投指令，合备用电源进线断路器；当检测到常用电源恢复正常时，系统启动自复程序，先断开备用电源进线断路器，后合常用电源进线断路器。
1.3 备自投控制方案的设计
目前，双电源备自投方案主要有两台变压器暗备用方式和两台变压器明备用方式。
1.3.1 两台变压器暗备用方式
图1.1为两台变压器暗备用主回路接线方式：单母线分I、II两段，两路高压电源由进线A和B引入，分别经变压器T1和T2降压后给各自分段母线提供电源，电源进线A和电源进线B互为备用。
图1.1 两台变压器暗备用方案结构图
暗备用方式的控制要求如下：
（1）正常工作时，断路器QF1、QF2处于合闸状态，母联断路器QF3处于分闸状态。当进线A或进线B中某路电源失电或有故障时，先断开相应的进线断路器，再闭合母联断路器QF3，由另一进线电源带I、II段母线运行，保障负载的供电。当两路进线电源都出现故障时，三台断路器都应分闸；当其中一路或两路进线电源恢复电力后，在自投自复模式或自投不自复模式下，相应进线断路器经程序判断自动投入或保持分闸状态。
（2）当某变压器超温跳闸时，应闭锁该侧进线断路器，待超温故障解除后方可闭合相应断路器。
（3）当某进线电源断相时，备自投系统不应误动作，应发出故障报警。
1.3.2 两台变压器明备用方式
两台变压器明备用接线方式：与暗备用方式区别为单母线不分段（即QF3始终处于合闸状态）。
明备用方式的控制要求如下：
（1）正常工作时，断路器QF1处于合闸状态，断路器QF2处于分闸状态。当进线电源A失电或故障时，先断开断路器QF1，再闭合断路器QF2，由进线电源B带母线运行，保障负载的供电。当两路进线电源都出现故障时，断路器QF1、QF2都应分闸；当其中一路或两路进线电源恢复电力后，在自投自复模式或自投不自复模式下，相应进线断路器经程序判断自动投入或保持分闸状态。
（2）当某变压器超温跳闸时，应闭锁该侧进线断路器，待超温故障解除后方可闭合相应断路器。
（3）当某进线电源断相时，备自投系统不应误动作，应发出故障报警；
2. 监控系统
本文设计的监控系统主要由现场设备、终端站（S7-200 PLC）、本地监控站、GPRS通讯网络和远程监控PC站组成。在变压器二次侧进线上安装电压检测电路，检测两路进线电源的质量情况。该电路的输出信号通过PLC集成的I/O口采集到PLC中，同时智能电能测量仪测量的两段母线上电源配电参数和智能断路器的分合闸状态通过其自身集成的Modbus接口上传到PLC中。PLC对这些数据进行程序判断，输出信号控制进线和母联上断路器的合分闸，实现对两路进线电源的切换控制。S7-200 PLC通过扩展模块EM277将现场的实时数据上传到Profibus-DP总线上，进而显示在本地监控站的PC机上。与此同时，S7-200 PLC通过专用的GPRS通讯模块（GPRSDTU）将数据交换到GPRS网络，进而传送给远程监控PC站的PC机，显示在WinCC监控画面上。监控系统中，底层智能设备和控制器S7-200 PLC是通过Modbus网络进行数据交换，S7-200 PLC与本地监控站的上位机之间可进行Profibus-DP通讯。
2.1 底层智能设备及终端站的配置
底层设备主要包括常规电压检测电路、智能电能测量仪和智能断路器。智能电能测量仪选用型号为YW3000，智能断路器选用型号为CW1，两者具有Modbus通信接口，可供S7-200 PLC读写数据。
终端站选用西门子公司生产的S7-200系列PLC，其CPU为S7-224XP。为了满足本设计的控制系统输入输出点数的要求，需增加8输入的扩展模块EM221。常规电压检测电路的输出信号通过集成I/O口上传到PLC中。
2.2 本地监控站的配置
为了便于现场调试、检修设备在现场设立本地监控站，本地监控站的PC机上安装WinCC-V7.0和SIMATICNET软件并配有CP5611板卡。S7-200 PLC需要通过EM277模块连接到Profibus-DP总线，进而将数据上传到本地监控站。 2.3 GPRS无线通讯网络
GPRS无线通讯网络具有高速数据传输速度、永远在线、仅按数据流量计费等优点。本设计的无线通讯系统由如下部件组成：
模块SINAUTMD720-3是S7-200系列PLC实现GPRS/GSM通讯专用的调制解调器，该模块具有降低信息故障率的功能。圆钢天线适用于GSM/GPRS网络（Quad-band）中将PLC的实时数据交换到GPRS网络。无线通讯软件SINAUTMICROSC主要用于远程监控PC和SIMATICS7-200之间的连接和通讯任务，内部集成有OPC Server服务器。OPC服务器可以将S7-200 PLC通过GPRS网络连接到监控中心的调度台上。在监控中心通过SINAUTMICROSC软件可以查看连接在GPRS网络上的所有设备。
3. PLC的I/O分配及程序设计
3.1 PLC的I/O分配及接线
图3.1 PLC的I/O分配图
图中KA1-KA4为变压器电压检测电路中继电器的常闭开关，为了防止电压检测电路自身断线引起PLC误动作，将继电器的常闭开关串联起来作为电压检测信号，其中KA1、KA2用于检测进线电源A的电压信号，KA2、KA3用于检测进线电源B的电压信号。SA1、SA2和SA3分别是智能断路器QF1、QF2和QF3的手动操作信号，手动模式下用于控制智能断路器的通断。Q0.0为备自投工作于明备用方式指示，Q0.1为备自投工作于暗备用方式指示，Q0.2为自投闭锁指示，Q0.3为系统故障指示。
3.2 PLC程序设计
依据备自投的控制规则，绘制暗备用方式备自投逻辑框图，明备用方式来电自投及自恢复逻辑框图，明备用方式备自投逻辑框图，根据I/O点分配和逻辑框图，便可编制出PLC的梯形图程序。
图3.2 暗备用方式来电自投及自恢复逻辑框图
结论
本文针对传统的双电源供电系统供电连续性和稳定性差的问题进行分析和研究，设计了由S7-200PLC控制的双电源备自投及配电参数的监控系统，利用GPRS无线远程通讯系统，使得工作人员可以不到现场便可实现对备自投系统的控制。■
参考文献
[1] 王永华. 现代电器及可编程控制技术[M]. 北京：北京航天大学出版社，2002.9.
[2] 韩兵. 现场总线控制系统应用实例[M]. 北京：化学工业出版社，2006，38-40.