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0．概述
   “智能化開(kāi)關(guān)柜”是近年在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的新名詞，它與計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、控制理論、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)技術(shù)）、電力電子技術(shù)等的發(fā)展密切相關(guān)，是一個(gè)不斷發(fā)展與變化的概念。
    低壓開(kāi)關(guān)柜在大幅提高容量和可靠性的同時(shí)，廣泛采用遠(yuǎn)程測(cè)控、遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)和遠(yuǎn)程信息查詢(xún)等技術(shù)，而在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中，一般由工控和電器設(shè)備組合實(shí)現(xiàn)“四遙- 遙信、遙測(cè)、遙脈、遙控”前端操作，而邏輯控制和通信管理則由PLC實(shí)現(xiàn)，PLC 的高可靠性和方便性是人所共知的，利用PLC 進(jìn)行低壓電力系統(tǒng)操作比較起傳統(tǒng)的時(shí)間繼電器方式顯然要先進(jìn)的多。本文將對(duì)ABB 的PLC進(jìn)行性能介紹，同時(shí)結(jié)合相關(guān)工程案例，對(duì)如何利用ABB的PLC組建智能化低壓開(kāi)關(guān)柜的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行介紹與討論。

1. ABB 的AC31、AC500系列PLC 基本概述
1.1 ABB AC31系列PLC
    ABB 的AC31系列PLC 共包括3 種下屬系列產(chǎn)品，即40 系列、50 系列和90 系列。40 系列PLC與50 系列PLC 在外型和應(yīng)用上完全一致，但40系列產(chǎn)品不支持CS31 和MODBUS 通信。
    50系列CPU最多可連接6套本地功能擴(kuò)展單元，遠(yuǎn)程功能擴(kuò)展單元ICMK14F1與CPU類(lèi)似也最多可連接6套本地功能擴(kuò)展單元。CPU單元與 ICMK14F1之間通過(guò)RS485-CS31總線連接，最大連接數(shù)量為32套ICMK14F1，最大I/O擴(kuò)展能力為2000點(diǎn)。通信介質(zhì)為一般的 RVVP-2X0.7雙絞通信線。
ABB的AC31-50系列PLC具有如下特點(diǎn)： 
    雖然低壓開(kāi)關(guān)柜中每個(gè)具體回路中的DI、DO、AI數(shù)量并不多，但因開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的回路總數(shù)較多因而累加點(diǎn)數(shù)較多。最適合于低壓開(kāi)關(guān)柜使用的PLC是本體點(diǎn)數(shù)足夠且具備本地和遠(yuǎn)程擴(kuò)展能力的固件類(lèi)型。AC31-50系列PLC結(jié)構(gòu)特征正好滿(mǎn)足低壓開(kāi)關(guān)柜的實(shí)際需求。
    在總線通信方面，AC31-50系列PLC具有4套的通信接口，其通信速率可選范圍從9600bps至750Kbps，完全能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)需求。
    其編程環(huán)境符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)。 
    具有較高的性?xún)r(jià)比

1.2 ABB AC500系列PLC
    繼AC31可編程控制器后，推出的全新可升級(jí)可編程控制器AC500。與其他同類(lèi)產(chǎn)品相比，在產(chǎn)品的功能和規(guī)模方面都有我們一些獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。
    首先,AC500系列產(chǎn)品的功能靈活、可拓展性強(qiáng)。傳統(tǒng)PLC產(chǎn)品的小型、中型和大型的軟硬件差別非常大，系統(tǒng)的拓展性很有局限。而我們AC500僅通過(guò) 5種不同內(nèi)存和速度的CPU中央處理單元就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全面升級(jí)。這依賴(lài)于AC500可編程控制器特有的模塊化結(jié)構(gòu)，把小型系統(tǒng)擴(kuò)展到中大型系統(tǒng)， CPU底板、I/O模塊、通訊模塊，甚至編程環(huán)境都是通用的，系統(tǒng)升級(jí)換代只需要換一個(gè)CPU單元，無(wú)需更換系統(tǒng)軟硬件，這樣可以保護(hù)客戶(hù)的現(xiàn)有投資。
    其次在總線通訊方面的卓越表現(xiàn)，我們有通用的FBP總線技術(shù)，可以并行連接不同的總線系統(tǒng)，可同時(shí)支持Profibus-DP, Modbus, CANopen和DeviceNET等各種不同的總線類(lèi)型。
    再有就是產(chǎn)品I/O模塊的通用性好，一方面I/O模塊采用和底板分離的結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)工程預(yù)接線，給系統(tǒng)集成帶來(lái)極大方便；
    另一方面表現(xiàn)在ABB在普通的模塊上集成可設(shè)置I/O功能，即這些I/O既可以用作輸入，也可以用作輸出，這是完全由用戶(hù)自己來(lái)決定的自由I/O。
    AC500用于構(gòu)建通信管理中心，在應(yīng)用時(shí)需要配備底板、存儲(chǔ)器、電池及各種接口等附件。一般選擇集成以太網(wǎng)口的CPU單元，將RJ45通信接口與上位系統(tǒng)連接，而本體的2個(gè)COM接口則分別連接到人機(jī)界面與通過(guò)CS31總線連接AC31-50系列PLC單元。
   通信管理中心通過(guò)以太網(wǎng)與上位系統(tǒng)以10-100MB的速率交換信息。通信規(guī)約采用以太網(wǎng)上的MODBUS/TCP，也可使用OPC(OLE for process control)方式交換信息。 
   AC500系列PLC的編程環(huán)境符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)。

2. ABB 的AC31系列PLC 在低壓智能開(kāi)關(guān)柜中的應(yīng)用案例
   使用ABB公司的AC31系列PLC作為低壓備自投的控制元件，PLC型號(hào)為07KR51（主機(jī)）和ICMK14F1（遠(yuǎn)端功能擴(kuò)展單元）。
2.1 應(yīng)用案例一：低壓電網(wǎng)系統(tǒng)備自投PLC配置

以下是低壓電網(wǎng)系統(tǒng)的控制要求： 
  進(jìn)線開(kāi)關(guān)、母聯(lián)開(kāi)關(guān)設(shè)置自動(dòng)投入裝置，開(kāi)關(guān)間要實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖，保證在任何情況下不得三臺(tái)開(kāi)關(guān)同時(shí)處于合閘狀態(tài)(母線故障不允許母聯(lián)自動(dòng)投入)。 
  兩臺(tái)進(jìn)線開(kāi)關(guān)和三級(jí)負(fù)荷總開(kāi)關(guān)間要實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。任何一臺(tái)進(jìn)線電源故障時(shí)，斷開(kāi)兩段母線上的三級(jí)負(fù)荷總開(kāi)關(guān)后，母聯(lián)開(kāi)關(guān)才能合閘；當(dāng)進(jìn)線電源恢復(fù)正常，母聯(lián)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，三級(jí)負(fù)荷總開(kāi)關(guān)才能合閘。 
  上述功能采用可靠性高的工業(yè)型PLC控制或智能模塊實(shí)現(xiàn)。 
  進(jìn)線回路設(shè)置顯示燈和2個(gè)合分閘按鈕；母線分段回路設(shè)置1個(gè)遠(yuǎn)方/就地選擇開(kāi)關(guān)、1個(gè)操作模式選擇開(kāi)關(guān)、2個(gè)合分閘按鈕和2個(gè)顯示燈；在三級(jí)負(fù)荷總開(kāi)關(guān)上設(shè)置2個(gè)顯示燈和2個(gè)合分閘按鈕。
當(dāng)母線分段回路設(shè)置的遠(yuǎn)方/就地選擇開(kāi)關(guān)置于“就地”時(shí)，全系統(tǒng)5臺(tái)斷路器均為手動(dòng)按鈕操作；反之，當(dāng)母線分段回路設(shè)置的遠(yuǎn)方/就地選擇開(kāi)關(guān)置于“遠(yuǎn)方”時(shí)，全系統(tǒng)5臺(tái)斷路器均為自動(dòng)操作。遙控操作模式被包括在自動(dòng)模式中。
當(dāng)母線分段回路設(shè)置的操作模式選擇開(kāi)關(guān)置于“手投自復(fù)HA”、“自投手復(fù)AH”、“自投自復(fù)AA”和“遙控R”，全系統(tǒng)5臺(tái)斷路器均置于同種操作模式。其低壓電網(wǎng)系統(tǒng)備自投PLC元器件配置方案見(jiàn)表1所示。

表1 低壓電網(wǎng)系統(tǒng)備自投PLC元器件配置方案

其PLC硬件系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖4所示：

圖 4 AC31-50系列PLC應(yīng)用于智能開(kāi)關(guān)柜的硬件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓樸圖

  其中07KR51安裝在母聯(lián)柜。 
  ICMK14F1與07KR51的DI輸入與RL輸出接口完全一致，均為8IN/6RL。 
  07KR51與ICMK14F1之間的最大通信距離為500米，通信速率為187Kbps，通信介質(zhì)采用屏蔽雙絞線。 
  07KR51與SCADA之間采用RS485/MODBUS總線，通信速率為9600bps。 
  CS31總線的連接對(duì)象為PLC的主機(jī)和遠(yuǎn)程擴(kuò)展單元，該總線是PLC內(nèi)部使用的高速通信總線。CS31總線上規(guī)定主站（07KR51）地址一律為62，而從站（ICMK14F1）的地址從1至61。 
  07KR51與SCADA的通信總線符合RS485/MODBUS規(guī)約，其中07KR51為從站，其地址為MODBUS-SLAVE1。
下表為各種操作模式下的程序進(jìn)程順序：

表 2 各種操作模式下的程序進(jìn)程順序表

2.2 應(yīng)用案例二：兩進(jìn)線單母聯(lián)低壓系統(tǒng)備自投PLC 硬件配置類(lèi)型(BZT1 類(lèi)型)
    若兩進(jìn)線斷路器與母聯(lián)斷路器相隔較遠(yuǎn)，例如在同一排柜體兩側(cè)或在不同排，此時(shí)采用遠(yuǎn)程功能擴(kuò)展模塊ICMI14F1 配合PLC 主機(jī)07KR51 較為方便。兩進(jìn)線回路使用ICMI14F1，而母聯(lián)回路使用07KR51，系統(tǒng)間省卻了互鎖、聯(lián)絡(luò)、控制和信號(hào)等等接線，僅僅敷設(shè)一條雙絞通信線即可。 PLC元器件配置方案見(jiàn)表3所示

PROFIBUS-DP方案的上位監(jiān)控層面與MODBUS方案完全類(lèi)似，此處予以忽略。 
  通信管理中心層面
為了連接PROFIBUS-DP總線， AC500的底板中增加了2塊CM572-DP通信擴(kuò)展單元作為2套R(shí)S485/PROFIBUS-DP的主站。
PROFIBUS方案的CCU單元與MODBUS方案類(lèi)似,，但取消了中間環(huán)節(jié)M1CCU和S1CCU。 
  MCC低壓開(kāi)關(guān)柜現(xiàn)場(chǎng)層面
MCC低壓開(kāi)關(guān)柜現(xiàn)場(chǎng)層面的任務(wù)是為MCU建立PROFIBUS鏈路。若被連接的MCU采用DPV0數(shù)據(jù)格式，則每條鏈路最多可掛接MCU的數(shù)量為64套；若被連接的MCU采用DPV1數(shù)據(jù)格式，則每條鏈路上最多可掛接MCU的數(shù)目為32套。
本方案中PROFIBUS-DP總線的傳輸速率為1.5Mbps。PROFIBUS方案的CCU與MCU之間的訪問(wèn)機(jī)制與MODBUS方案類(lèi)似，此處不再敘述。使用PROFIBUS-DP總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組建智能型低壓開(kāi)關(guān)柜元器件配置見(jiàn)表6