Разработка аппаратно-программного комплекса управления автоматическим вводом резерва на базе ОВЕН ПЛК210 в схеме электроснабжения трансформаторной подстанции узловой опорной железнодорожной станции
Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 8
1.1 Описание объекта исследования 8
1.2 Основное оборудование трансформаторной подстанции 10
1.2.1 Высоковольтные выключатели 10
1.2.2 Трансформаторы напряжения 13
1.2.3 Трансформаторы тока 15
1.2.4 Электромеханические реле 17
1.3 Понятие автоматического ввода резерва и алгоритм его работы 25
1.4 Анализ работы схемы существующей системы управления 32
1.5 Обзор программируемых логических контроллеров отечественного и
иностранного производства 33
1.5.1 Schneider Electric Modicon M221 34
1.5.2 Siemens SIMATIC S7-1200 37
1.5.3 Овен ПЛК210 40
1.5.4 Итоги сравнения программируемых логических контроллеров 44
1.6 Обзор решений отечественного и иностранного производства 45
1.6.1 Автоматический контроллер ATL800 Lovato Electric Company 45
1.6.2 Блок автоматического ввода резерва ABB ATS022 47
1.6.3 Щит автоматического ввода резерва АВР-3-11 на базе ОВЕН 49
1.6.4 Итоги сравнения готовых решений 54
1.7 Выбор основного управляющего устройства системы управления 55
Выводы по первой главе 57
2 РАЗРАБОТКА АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА 58
2.1 Выбор измерительных устройств 58
2.2 Выбор интерфейса и протокола передачи данных 61
2.3 Выбор источника питания 62
2.4 Алгоритм работы системы управления 64
2.5 Программа управления для ОВЕН ПЛК210 67
2.6 Визуальный интерфейс оператора 71
Выводы по второй главе 71
3 РЕАЛИЗАЦИЯ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА 73
3.1 Демонстрация работы системы управления в различных режимах 73
3.2 Оценка полученных показателей системы управления 75
3.2.1 Количество коммутационных элементов 75
3.2.2 Механический и электрический ресурсы 76
3.2.3 Время перевода питания и восстановления нормального режима . 76
3.3 Экономические затраты на внедрение 78
3.4 Проверка на соответствие требованиям 79
Выводы по третьей главе 80
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 81
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 82
В настоящее время в схемах электроснабжения объектов промышленности и железнодорожного транспорта широко применяются системы управления различными технологическими процессами с использованием устройств релейной защиты и автоматики. В большинстве случаев они полностью выполняют возложенные на них задачи, однако вследствие технического прогресса появляются новые виды устройств, например, программируемые логические контроллеры, призванные заменить устаревшие коммутационные аппараты и повысить скорость работы, а также надежность и безопасность систем управления. В связи со стремительным развитием компьютерных сетей появляются новые задачи по обеспечению удаленного мониторинга за функционированием систем управления и передачи полученной информации на автоматизированные рабочие места с применением современных интерфейсов и протоколов передачи данных. Задачи такого рода существующие системы управления, построенные на электромеханических реле, уже выполнять не смогут из-за своих физических особенностей. Поэтому появляется необходимость создания систем управления на базе программируемых логических контроллеров для реализации этих задач.
Целью работы является разработка аппаратно-программного комплекса управления автоматическим вводом резерва на базе программируемого логического контроллера для замены электромеханических реле в схеме электроснабжения трансформаторной подстанции узловой опорной железнодорожной станции.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи.
1. Проведение анализа существующей системы управления на базе электромеханических реле и выявление её недостатков.
2. Проведение обзора программируемых логических контроллеров и готовых решений от отечественных и иностранных производителей , выбор основного управляющего устройства для аппаратно-программного комплекса.
3. Разработка аппаратной части комплекса, исходя из выбранного основного управляющего устройства и дополнительного оборудования.
4. Создание управляющей программы комплекса и визуального интерфейса для оператора.
5. Проверка разработанного аппаратно-программного комплекса на соответствие требованиям и оценка полученных показателей.
Объектом исследования является комплекс управления автоматическим вводом резерва в схеме электроснабжения трансформаторной подстанции.
В работе проведен анализ существующей системы управления автоматическим вводом резерва на базе электромеханических реле, выявлены основные недостатки работы системы. Разработан аппаратно-программный комплекс, включающий в себя программируемый логический контроллер отечественного производства ОВЕН ПЛК210, 2 модуля расширения МЭ210-701 и источник бесперебойного питания ИБП60К с аккумуляторной батареей. Реализован алгоритм работы автоматического ввода резерва на базе выбранного оборудования. В среде программирования CODESYS v3.5 составлена программа управления работой схемы автоматического ввода резерва на языках LD, SFC и ST, а также разработан визуальный интерфейс для оператора.
При реализации разработанного аппаратно-программного комплекса управления улучшены следующие показатели:
1. Полностью заменены все 17 электромеханических реле на ОВЕН ПЛК210 и 2 модуля МЭ210-701.
2. Повышены механический и электрический ресурсы системы при замене всех реле времени и промежуточных реле на ОВЕН ПЛК210 от 50 до 1000 раз и от 5 до 16,67 раз соответственно, а также при замене всех реле тока и реле напряжения на модули МЭ210-701 на 2000 и 166,67 раз соответственно.
3. Уменьшено время перевода питания с основного ввода на резервный на 66,5% и 64,7% из-за срабатывания реле тока и реле напряжения соответственно, а также время восстановления нормального режима работы - на 25,6 %.
Также появляются дополнительные возможности управления автоматическим вводом резерва в схеме трансформаторной подстанции:
- возможность задания и корректировки пределов и длительности отклонения входных параметров в программе управления;
- возможность дистанционного управления, мониторинга за измеренными значениями входных параметров и передачи полученных данных на пост главного энергодиспетчера верхнего уровня;
- возможность создания отчетных и диспетчерских форм, ведения архивирования и записи данных, а также разграничения прав пользователей для мониторинга, управления и редактирования программы управления;
- возможность увеличения числа управляемых устройств, а также добавления в разработанный аппаратно-программный комплекс других технологических процессов трансформаторной подстанции в будущем.
Экономические затраты на внедрение составляют 126480₽. Полученная экономическая выгода с затрат на обслуживание в год составляет 2298,37₽.
