基于ABB AC500 PLC的大型变压器监控系统的设计

杨艳青 陈文辉

(1.特变电工衡阳变压器有限公司，湖南 衡阳 421007；2.南华大学，湖南 衡阳 421001)

基于ABB AC500 PLC的大型变压器监控系统的设计

杨艳青1陈文辉2

(1.特变电工衡阳变压器有限公司，湖南 衡阳 421007；2.南华大学，湖南 衡阳 421001)

阐述了ABB AC500 PLC在大型变压器监控系统中的应用情况，分析了变压器监控参数，介绍了应用AC500 PLC的稳定冗余的监控系统、各I/O模块的功能及基于CoDeSys的PLC程序代码，以实现对大型变压器的参数监控。

变压器；监控系统；PLC

0 引言

ABB集团位列全球500强企业，是电力和自动化技术领域的领导厂商，也是拥有100多年历史的国际性企业。AC500是ABB一款灵活的扩展升级产品，能够适应各种不同的自动化任务，各种相关的设备可以根据用户需求灵活组合和使用，从而实现库存的最小化。ABB的PLC是世界上速度最快、运行最可靠的产品之一，运行温度为-30～+70 ℃，可在海拔4 000 m的恶劣环境中运行。设计一款安全可靠的变压器测控系统极为重要，本文将介绍如何使用ABB的AC500 PLC搭建大型变压器测控系统。

1 大型变压器主要监控参数及AC500 PLC介绍

1.1 大型变压器主要监控参数

(1) 利用光纤传感器监测变压器的过热故障，并通过计算实时显示变压器各热点的运行温度；(2) 通过瓦斯传感器可监测油中可燃气体总量，同时瓦斯继电器和压力释放阀也可提醒气体是否超限；(3) 在线监测局部放电，包括电气局部放电、声音局部放电、超高频局部放电、静态局部放电，可用脉冲电流法、超高频检测法、超宽频检测法和超声检测法等检测，变压器局部放电是反映高压电气设备状态的一个重要标志，所以测量这个参数也十分重要；(4) 在线监测套管的功率因数和电容，防止套管损坏；(5) 在线监测油中湿度、温度、酸度，确保油的运行质量；(6) 通过CT可在线监测负载电流；(7) 在线监测储油柜的油位，通过安装传感器提供油渗漏信息；(8) 在线监测冷却装置的功能及运行情况，可自动和远程控制风机和热油泵。

1.2 AC500 PM583-ETH的主要技术参数

本系统PLC采用ABB公司AC500系列可编程序控制器的PM583-ETH，这是一款性能极高的PLC，在国内外各行业有较多的成功业绩。为了满足控制性能要求，选择PLC设备时充分考虑了可靠性、先进性和可扩充性，能承受工业环境的要求，具有良好的抗酸性、抗腐蚀性，适应较宽的温度变化范围，PM583-ETH的平均故障间隔时间也满足系统稳定可靠运行要求。PLC系统结构简单、使用方便、程序编写方法简单易学。PM583-ETH CPU有2个COM串口，RS232/485可设，一个FBP接口，带有LCD显示屏，集成以太网接口，这些接口使得它连接各种传感器、网络或扩展模块都十分便捷。

AC500系列PLC可以接收来自变压器的I/O信号、模拟量信号、各种热电偶电阻信号、RS232/485串口信号、TCP/IP信号等，同时也可以给变压器的执行机构输出各种接口的控制信号。因为AC500系列PLC不仅拥2个自带串口，扩展串口也很容易，因此可以方便地扩展GPRS模块，通过无线方式与监控室进行通讯。PLC上的以太网口遵循标准的TCP/IP协议，可以通过光纤交换机完成与集中监控室的远程通讯，如图1所示。

图1 各模块通讯拓扑图

2 系统设计

2.1 PLC系统结构

系统采用2台AC500系列PM583-ETH分别作为冗余系统的主CPU和备用CPU，组成高可靠性的冗余系统(HA)，通过CPU上集成的内置以太网卡进行主CPU和备用CPU之间的数据同步。CI590扩展的DC522等模块作为冗余系统的C31从站，每台CPU扩展一个以太网通讯卡CM577用于联机通讯，如图2所示。

图2 PLC系统配置图

2.2 PLC系统特点

在2个冗余CPU中下载一样的程序，当其中一个出现故障时，自动在线切换到另一个CPU，不会产生运行中断；

CI590为C31模块，与2个CPU模块通过RS485连接通信，同时CI590自带16个可定义的输入、输出I/O量；

DC522为输入、输出模块，可将16个I/O任意定义为输入或输出I/O；

AI531为模拟量输入模块，可支持标准的4～20 mA电流信号，1～5 V电压信号，也支持多种热电阻、热电偶信号，并且每个I/O口都可单独设置，这对于温度、电流等参数测量非常便捷；DO523为模拟量输出模块，可支持电流、电压模拟信号输出。

3 程序设计

在设计冗余CPU系统程序时，要调用ABB的库文件HA_CS31_AC500_V20.lib，在HA系统中，相关应用程序开发一般包括HA控制程序和主程序2部分，需调用库HA_CS31_AC500_V20.lib中的一些功能块，如调用冗余切换和诊断功能块(HA_CS31_DIAG和HA_CS31_CONTROL)用以实现系统冗余，在主程序中调用数据同步及工艺相关的功能块。本设计使用的程序开发环境为CoDeSys，图3为LD方式开发的程序。

图3 CoDeSys程序开发界面

4 结语

本文详细阐述了ABB AC500 PLC在大型变压器监控系统中的应用情况，分析了变压器监控参数，介绍了应用AC500 PLC的稳定冗余的监控系统、各I/O模块的功能及基于CoDeSys的PLC程序代码，以实现对大型变压器的参数监控。这种高稳定性、高安全性的PLC系统，将使电力变压器运行更为稳定，进一步保障电力供应安全和可靠。

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[3]钱苏翔，沈晓梅.大型变压器在线监测技术及其发展[J].嘉兴学院学报，2007(3)

[4]李淑娟.基于AC500和CS31总线的堆料机控制系统[J].民营科技，2010(7)

2014-06-20

杨艳青(1984—)，女，山西应县人，助理工程师，研究方向：变压器试验、检验。