1 引言

直流電源設備是電力系統不可缺少的輔機設備。供給斷路器分合閘用電，后備電池充電以及二次回路的儀器儀表等低壓設備用電都采用直流電源。目前國內發電廠及變電站使用的直流電源設備已廣泛采用高頻整流模塊為功率單元，為了對整個直流系統進行合理的實時監控、管理，本文設計了一種基于西門子s7-200plc［1］的高頻直流監控器。其功能主要是實時采集直流系統的電壓、電流及供電支路的開關狀態等運行參數，并對數據進行分析處理，判斷直流系統的運行工況，并根據pid控制理論進行實時運行控制和故障處理，并對蓄電池進行在線監測，為電力綜合自動化控制系統提供安全、穩定、可靠的直流電源。

2 系統硬件組成及工作原理

系統硬件組成原理框圖如圖1所示。系統主要由高頻直流監控器（以下簡稱監控器）、模擬量采樣板、高頻整流模塊等組成。其中監控器是整個系統的核心部分，主要由西門子s7-216cpu配以em-235模擬量模塊、臺灣人機電子mt-510t觸摸屏等組成。

系統交流供電采用兩路三相三線制方式實現主備用供電電源的自動切換，經過交流配電輸入單元供電給智能高頻整流模塊，智能高頻整流模塊按監控器控制方式輸出所需的直流電壓供合閘母線、控制母線、蓄電池充電用。監控器通過plc各開關量輸入通道采集各模塊報警量輸入、各饋線開關量輸入、各熔斷器信號輸入等開入量；通過模擬量采樣板將模塊采集交流輸入電壓、直流輸出電壓、合母電壓、蓄電池電壓、輸出電流、控母電流、合母電流、充電電流等模擬轉化為0-5vdc電壓量或4-20ma電流量由em-235模塊12位a/d通道采樣；通過程序內部數據處理，按照程序設定的控制曲線，利用比例微分積分pid（proportional integral differential）控制算法［2］，產生調節量，由em-235模擬量輸出口產生0-10vdc電壓量，控制高頻整流模塊的輸出電流、電壓，實現閉環控制。

監控器采集現場各種運行參數，系統故障時發報警信息；系統事故時保護動作，保護充電設備和電池安全。觸摸屏是整個監控器的人機接口部分，通過rs485與plc通訊，顯示直流系統的各種信息，如系統直流電壓、電流參數，系統狀態信息、故障信息、系統設置參數等，并可設置系統各參數，控制監控器的運行狀態?？赏ㄟ^rs485通信接口與上位計算機及智能通訊設備通訊，以實現“四遙”功能［3］。

3 程序設計

3.1 程序流程圖設計

plc終端軟件采用stl語言編寫，程序設計采用模塊化，功能化結構，便于維護、擴展。為提高終端的抗干擾能力，軟件控制中采用了數字濾波、故障自檢、控制口令等措施，保證控制操作的正確性和可靠性。裝置plc主要程序流程如圖2所示，主要由初始化程序、數據采集處理子程序、時鐘處理子程序、充電轉換子程序、故障報警及保護子程序、交流中斷子程序、pid調節計算子程序、硅鏈投切控制子程序等組成。

主程序始終處于循環運行狀態，其中初始化程序主要完成系統的初始化，設定各寄存器、計數器、plc工作模式、定時器中斷、通訊方式等參數初始值等。然后不斷調用模擬量采集及處理子程序對系統數據進行實時采集；調用充電程序運行方式子程序決定監控器的運行方式；調用故障報警及保護子程序判斷故障報警及保護繼電器輸出；調用時鐘處理子程序對蓄電池充電程序各種運行時間累計；調用交流電中斷子程序保證系統在交流中斷后自動恢復；調用硅鏈投切子程序根據系統設置的控母電壓定值對硅鏈進行自動投切控制；調用通訊子程序（中斷方式）實現與上位機監控系統及其它智能設備通訊。

3.2 主要子程序原理

（1）充電轉換子程序：通過判斷標志字v152的值來決定監控器的運行方式。當標志字為0時調用浮充電子程序；當標志字為1時調用恒流充電子程序；當標志字為2時調用均充電子程序。各充電子程序之間通過程序內部自動進行轉換。系統初次上電后用0.1c10a給定恒流充電，電壓達到整定值（2.30-2.40）v×n（n為單體電池節數）時，自動轉為恒壓均充電；當充電電流逐漸減小，達到0.01c10a時，plc開始計時，均充計時達3小時后，自動轉為浮充電狀態運行，充電電壓為（2.23-2.28）v×n。正常運行浮充狀態下每隔720小時，自動轉入恒流充電狀態運行，按閥控式密封鉛酸蓄電池正常充電程序進行充電。

（2）交流電中斷子程序：當電網事故停電，這時充電裝置停止工作，蓄電池通過降壓模塊，無間斷地向二次控制母線送電，同時監控器發出告警信號。交流電源中斷超過0.5小時以上，恢復送電運行時，plc控制充電裝置自動進入恒流充電狀態運行，按閥控式密封鉛酸蓄電池正常充電程序進行充電。

（3）通訊子程序：接受命令采用中斷處理，通過atch指令使中斷事件8在接受不同特征命令下執行不同的程序。對串行通訊的超時限制則通過內部定時中斷來控制，其事件號為10，定時時間由smb34來確定。為減少通訊的誤碼，采用crc16校驗措施［4］。

4 裝置功能特點

檢測高頻整流模塊的輸出電流和故障狀態：當模塊有故障時，監控器發出聲光報警信號，并重新均分整流模塊負載；可本地或遠端控制整流模塊的開/關機、自動控制電池充電均浮充轉換；可本地或遠端連續設置整流模塊的輸出電壓；監測各直流饋電輸出的電壓、電流，各饋電輸出開關狀態、熔斷器狀態、絕緣狀態，當發生異常情況時發出聲光報警；監測電池電壓及充放電電流：當市電中斷由蓄電池維持向負載供電時，如果電池電壓降至低壓告警值，監控模塊發出聲光報警；當市電恢復后監控系統可對電池進行自動均衡充電管理；提供硅鏈控制口，可支持5級、7級硅鏈自動控制；支持母線分段支路絕緣監測，絕緣阻值過低報警；采用原電力部頒標準通訊協議，rs232或rs485串行通訊接口，可方便的與電力自動化系統對接，實現電源系統的“遙信，遙測，遙控，遙調”四遙功能；監控器對重要故障信息提供繼電器輸出，故障內容可按用戶需要自行設定；當監控器檢測到輸出過壓、過流等保護信號時，保護繼電器動作，跳高頻模塊交流輸入空開，從而保護高頻整流模塊。

5 結束語

本文利用西門子s7-200和人機電子mt-510t為核心組成高頻直流監控器，充分利用了s7-200plc的各種智能功能，實現了智能化的管理、豐富的人機接口。目前，隨著高頻整流模塊的智能化，現已實現整流模塊與監控器的直接通訊，可由監控器直接將控制量下發到整流模塊，減少了中間調節轉換環節，可更快速、精準、可靠地完成對整流模塊的實時監控。通過幾十套的現場運行實踐表明，該監控器功能強、可靠性高、維護量少、操作方便，同時可方便地通過通訊接入綜合自動化系統，可為電力綜合自動化系統提供安全、穩定、可靠的直流電源，有著顯著的社會經濟效益。