(1)組織級(jí)(Organization Level)這是整個(gè)系統(tǒng)的最高級(jí)，其智能程度最高，執(zhí)行組織管理決策的智能，對(duì)下進(jìn)行指導(dǎo)和監(jiān)控。該級(jí)對(duì)上通過(guò)人機(jī)接口與管理人員進(jìn)行友善的人機(jī)對(duì)話，執(zhí)行管理決策的職能。對(duì)下監(jiān)視、指導(dǎo)協(xié)調(diào)級(jí)的所有行為。其智能程度最高，但精度不高，宜粗不宜細(xì)，以便進(jìn)行宏觀指導(dǎo)。該級(jí)還可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程和環(huán)境等信息，采用人—機(jī)結(jié)合的方式自動(dòng)或半自動(dòng)的提出合理的控制目標(biāo)或指標(biāo)，形成相應(yīng)的命令或任務(wù)向低層下達(dá)。這部分通常由高功能的計(jì)算機(jī)來(lái)完成。?

(2)監(jiān)控/協(xié)調(diào)級(jí)(Coordination Level)該級(jí)主要根據(jù)組織級(jí)的命令協(xié)調(diào)下位PLC的運(yùn)行，避免下位PLC發(fā)生沖突，并將下位PLC的信息傳輸?shù)缴衔挥?jì)算機(jī)。監(jiān)控/協(xié)調(diào)機(jī)既可以是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)也可以是主PLC或PLC終端，可根據(jù)控制要求進(jìn)行選擇。

(3)執(zhí)行級(jí)(?Executive Level?)這是控制系統(tǒng)的最低級(jí)，執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)控制功能，是自動(dòng)控制系統(tǒng)中控制的關(guān)鍵級(jí)。該級(jí)智能最低，但可靠性、控制精度和實(shí)時(shí)性要求最高，因而PLC正是最佳選擇。同時(shí)，該級(jí)的PLC可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與上位的監(jiān)控協(xié)調(diào)級(jí)連接進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線控制和協(xié)調(diào)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)一般采用塌陷結(jié)構(gòu)，使用開(kāi)放系統(tǒng)互連(OSI)參考模型的低層協(xié)議，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。?

??? 上述結(jié)構(gòu)，利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快，信息處理功能強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，使計(jì)算機(jī)集中管理各控制子系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行綜合處理，給出最優(yōu)解決方案。同時(shí)，控制級(jí)計(jì)算機(jī)可以通過(guò)局域網(wǎng)與其它計(jì)算機(jī)相連，既可以實(shí)現(xiàn)資源共享，又可以使不同系統(tǒng)在統(tǒng)一調(diào)度下，協(xié)調(diào)工作，減少資源浪費(fèi)。下位?PLC?或遠(yuǎn)程工作站分散后進(jìn)行連網(wǎng)，這樣，執(zhí)行級(jí)各控制器件就可在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)分散控制，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將信息傳遞到上位控制機(jī)，使上位機(jī)進(jìn)行集中管理。即使下位PLC或遠(yuǎn)程工作站個(gè)別設(shè)備出現(xiàn)故障，也不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，整體性能好，運(yùn)行可靠。

3?PLC分級(jí)遞階控制系統(tǒng)在變電站綜合控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

??? 當(dāng)前，已有變電站將PLC引入控制系統(tǒng)中，但是僅僅利用PLC對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制，如對(duì)有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)的調(diào)節(jié)，并聯(lián)補(bǔ)償電容器的投切等。遠(yuǎn)沒(méi)有充分發(fā)揮PLC的強(qiáng)大功能。

3.1在變電站綜合控制系統(tǒng)中PLC分級(jí)遞階控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

??? 利用本文上面提到的分級(jí)遞階控制結(jié)構(gòu)，我們可以按照三級(jí)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)變電站綜合控制系統(tǒng)。

??? (1)組織級(jí)的設(shè)計(jì)

??? 組織級(jí)是本系統(tǒng)的最高級(jí)，承擔(dān)著最優(yōu)決策的功能。當(dāng)前變電站綜合控制大部分仍是按照傳統(tǒng)的九區(qū)控制方法，利用電壓和無(wú)功功率雙參數(shù)將變電站運(yùn)行狀態(tài)分為九個(gè)區(qū)，根據(jù)各個(gè)區(qū)所對(duì)應(yīng)的控制方案進(jìn)行調(diào)節(jié)。但是，在該控制系統(tǒng)中，無(wú)功調(diào)節(jié)判據(jù)是一個(gè)與電壓無(wú)關(guān)的平行于電壓坐標(biāo)軸的固定邊界，沒(méi)有充分考慮無(wú)功調(diào)節(jié)與電壓調(diào)節(jié)相互間的協(xié)調(diào)關(guān)系。根據(jù)“保證電壓合格，無(wú)功基本平衡，盡量減少調(diào)節(jié)次數(shù)”的變電站電壓和無(wú)功綜合調(diào)節(jié)的基本原則，無(wú)功調(diào)節(jié)邊界應(yīng)當(dāng)是一個(gè)受電壓狀態(tài)影響，且在一定范圍內(nèi)服務(wù)于電壓調(diào)節(jié)的模糊邊界。因此，我們對(duì)傳統(tǒng)的控制策略也作了改進(jìn)，引入了無(wú)功調(diào)節(jié)判據(jù),提出了模糊邊界的無(wú)功調(diào)節(jié)?；陔妷号c無(wú)功的相互影響,對(duì)電容器組的投切判據(jù)建立如下數(shù)學(xué)模。

式中：U0為標(biāo)準(zhǔn)電壓；Q0為每組電容器的容量；U為電壓實(shí)時(shí)值；Q為實(shí)時(shí)功率值；α1，α2為權(quán)重系數(shù)。

??? 根據(jù)上面推導(dǎo)出的數(shù)學(xué)模型，可以得到修正后的電壓?無(wú)功雙參數(shù)調(diào)節(jié)的模糊邊界,如圖2所示。

　

　

　

??? 我們利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模糊推理，得到最優(yōu)控制策略，形成控制規(guī)則表，將其傳遞到下級(jí)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。同時(shí)該級(jí)為操作人員提供了良好的人機(jī)界面，將電壓、電流、有功、無(wú)功等信息以曲線圖、柱狀圖等形式實(shí)時(shí)反映出來(lái)，并且在出現(xiàn)異常情況時(shí)可進(jìn)行聲光報(bào)警，使操作人員可以及時(shí)全面的了解系統(tǒng)運(yùn)行情況，并可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。該級(jí)計(jì)算機(jī)裝有專家知識(shí)庫(kù)，在變電站內(nèi)出現(xiàn)故障時(shí)，可在專家系統(tǒng)的引導(dǎo)下，盡快解除故障。定時(shí)召喚打印功能和無(wú)人抄表功能可以方便的使變電站綜合控制實(shí)現(xiàn)無(wú)人職守。根據(jù)各變電站的實(shí)際運(yùn)行情況和不同時(shí)段的電壓、無(wú)功波動(dòng)情況，還可以通過(guò)控制級(jí)計(jì)算機(jī)設(shè)定電壓整定值和靈敏度參數(shù)，而且根據(jù)控制要求還可以由功能按鈕直接對(duì)有載調(diào)壓變壓器的分接頭和補(bǔ)償電容進(jìn)行控制，以進(jìn)一步增加控制的靈活性。

??? 該級(jí)的計(jì)算機(jī)還可以通過(guò)Ethernet、ARCNET等局域網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息共享，對(duì)某一區(qū)域進(jìn)行綜合控制，這樣既可以從整體上進(jìn)行控制，更有利于提高整個(gè)地區(qū)的供電質(zhì)量，還可以減少資源的浪費(fèi)。

??????? (2)監(jiān)控/協(xié)調(diào)級(jí)的設(shè)計(jì)

?

該級(jí)的主要功能是完成組織級(jí)下達(dá)的命令，負(fù)責(zé)執(zhí)行級(jí)PLC的協(xié)調(diào)工作。該級(jí)可由計(jì)算機(jī)或主PLC構(gòu)成，隨著PLC性能價(jià)格比的不斷提高，一般變電站的監(jiān)控/協(xié)調(diào)級(jí)都可由主PLC承擔(dān)。在變電站中，多變壓器的同步調(diào)節(jié)主要由該級(jí)負(fù)責(zé)，同時(shí)它還負(fù)責(zé)執(zhí)行級(jí)現(xiàn)場(chǎng)信息的傳輸，在整個(gè)分級(jí)遞階控制中起著橋梁作用。

??? 在小型的變電站中，為了節(jié)省投資，也可以將組織級(jí)和監(jiān)控/協(xié)調(diào)級(jí)集成在一個(gè)高性能的計(jì)算機(jī)中。
??? (3)執(zhí)行級(jí)的設(shè)計(jì)

??? 執(zhí)行級(jí)的智能程度最低，但控制精度和實(shí)時(shí)性要求最高。由于變電站電磁干擾嚴(yán)重，常規(guī)的控制器件難以達(dá)到精確控制，因而可靠性高、實(shí)時(shí)性好、性能價(jià)格比高的PLC是最佳選擇。由于PLC與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，可以將最優(yōu)控制結(jié)果下載到PLC，利用PLC實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)控制。對(duì)于主要器件如主變壓器，可以采用PLC的冗余技術(shù)更進(jìn)一步提高可靠性。所謂PLC冗余技術(shù)即正常運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)PLC作為主PLC進(jìn)行控制，其它的PLC作為備用，監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行。當(dāng)主PLC發(fā)生故障時(shí)，由PLC協(xié)調(diào)器件指定另外一臺(tái)PLC作為主PLC，控制系統(tǒng)運(yùn)行，將有故障的PLC換下維修。由于PLC發(fā)生故障的幾率十分小，采用冗余技術(shù)后的故障率幾乎為零。

??? 現(xiàn)在的PLC大多提供了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，利用組態(tài)軟件可以方便的將現(xiàn)場(chǎng)的多臺(tái)PLC組成現(xiàn)場(chǎng)總線局域網(wǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線采用開(kāi)放式的標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，可以十分方便的將分散的智能化設(shè)備連接起來(lái)，有利于徹底的實(shí)現(xiàn)分布式控制，而且有利于各臺(tái)PLC的協(xié)調(diào)動(dòng)作，提高了系統(tǒng)的可靠性。

3.2通信口的設(shè)計(jì)

?? C系列的C200H配有HOST LINK通信模塊，對(duì)上可與計(jì)算機(jī)通信，進(jìn)行組網(wǎng)連接；對(duì)下可通過(guò)RS-232、RS-485等實(shí)現(xiàn)近程或遠(yuǎn)程的通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的監(jiān)控。本系統(tǒng)中鏈接的PLC不多，故可采用“輪詢”式的工作方式，依次對(duì)鏈接的PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。上位機(jī)對(duì)來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)經(jīng)特征識(shí)別、分析判斷后，針對(duì)不同的狀態(tài)，再經(jīng)過(guò)通信口給下級(jí)下達(dá)命令。操作人員還可經(jīng)PLC終端對(duì)PLC的工作進(jìn)行可視性監(jiān)控，通過(guò)觸摸屏開(kāi)關(guān)下達(dá)命令。因此整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的正常與否和通信口的設(shè)計(jì)關(guān)系極大。為保證通信暢通可靠，在編制程序時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

??????? (1)波特率的設(shè)定應(yīng)與?HOST LINK?單元的?SW3?的設(shè)置保持一致；

??????? (2)為保證傳輸可靠，對(duì)指令幀每一字符進(jìn)行“異或”邏輯運(yùn)算，形成通信指令檢驗(yàn)的FCS碼；

??????? (3)對(duì)由HOST LINK單元返回的響應(yīng)幀在判讀其相應(yīng)位為“00”后處理，若FCS校驗(yàn)錯(cuò)或響應(yīng)幀相應(yīng)位不為“00”，顯示錯(cuò)誤信息，重新發(fā)送指令。

??? 基于PLC分級(jí)遞階控制的變電站綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)既吸取了集散控制系統(tǒng)“信息集中，控制分散”的優(yōu)勢(shì)，又保留了PLC所固有的可靠性、靈活性及性能價(jià)格比高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)大大降低了傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)的成本，提高了系統(tǒng)性能，以最低成本來(lái)完成高技術(shù)的自動(dòng)化。

??? 該控制系統(tǒng)各級(jí)之間既有分工又有聯(lián)系，協(xié)調(diào)工作。同時(shí)按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際控制需要，將執(zhí)行級(jí)的PLC采用分散控制結(jié)構(gòu)，將各個(gè)PLC分散后進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，一方面可將變電站的全部信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳至組織級(jí)計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)信息集中管理，另一方面可避免因個(gè)別設(shè)備出現(xiàn)故障而造成整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，提高了可靠性。

??? 由于控制系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)形式，各變電站可依據(jù)自己的需要選擇不同數(shù)量、不同規(guī)格的PLC模塊，整個(gè)系統(tǒng)采用分級(jí)分散的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，使增加或去除某些單元不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的功能。同時(shí)，PLC可以實(shí)現(xiàn)在線編程，根據(jù)不同的需要對(duì)設(shè)定值進(jìn)行整定，而不需要改變整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，因而大大提高了系統(tǒng)的靈活性。

4結(jié)論

??? 本文將PLC分級(jí)遞階控制的先進(jìn)思想引入變電站綜合控制中，提出了一種先進(jìn)、可靠、有較高性能價(jià)格比的變電站綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。其基本思想是：通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將PLC可靠性高、靈活性好、性能價(jià)格比高的優(yōu)勢(shì)與計(jì)算機(jī)信息處理快、顯示性能強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了變電站“管理集中，控制分散”的集散式控制。同時(shí)，將模糊控制與專家系統(tǒng)等智能技術(shù)引入變電站綜合控制，可以有效減少分接頭和補(bǔ)償電容器的動(dòng)作次數(shù)，減少變壓器故障，提高電壓質(zhì)量?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明本設(shè)計(jì)可靠性高，成本低，實(shí)用性強(qiáng)，符合變電站綜合控制向網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的方向

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