(1)組織級(Organization Level)這是整個系統(tǒng)的最高級，其智能程度最高，執(zhí)行組織管理決策的智能，對下進行指導和監(jiān)控。該級對上通過人機接口與管理人員進行友善的人機對話，執(zhí)行管理決策的職能。對下監(jiān)視、指導協(xié)調級的所有行為。其智能程度最高，但精度不高，宜粗不宜細，以便進行宏觀指導。該級還可以根據(jù)實際生產(chǎn)過程和環(huán)境等信息，采用人—機結合的方式自動或半自動的提出合理的控制目標或指標，形成相應的命令或任務向低層下達。這部分通常由高功能的計算機來完成。?

(2)監(jiān)控/協(xié)調級(Coordination Level)該級主要根據(jù)組織級的命令協(xié)調下位PLC的運行，避免下位PLC發(fā)生沖突，并將下位PLC的信息傳輸?shù)缴衔挥嬎銠C。監(jiān)控/協(xié)調機既可以是工業(yè)控制計算機也可以是主PLC或PLC終端，可根據(jù)控制要求進行選擇。

(3)執(zhí)行級(?Executive Level?)這是控制系統(tǒng)的最低級，執(zhí)行現(xiàn)場控制功能，是自動控制系統(tǒng)中控制的關鍵級。該級智能最低，但可靠性、控制精度和實時性要求最高，因而PLC正是最佳選擇。同時，該級的PLC可通過現(xiàn)場總線與上位的監(jiān)控協(xié)調級連接進行實時的在線控制和協(xié)調。現(xiàn)場總線技術一般采用塌陷結構，使用開放系統(tǒng)互連(OSI)參考模型的低層協(xié)議，因而結構簡單，實時性強。?

??? 上述結構，利用計算機運算速度快，信息處理功能強大的優(yōu)勢，使計算機集中管理各控制子系統(tǒng)，對現(xiàn)場信息進行綜合處理，給出最優(yōu)解決方案。同時，控制級計算機可以通過局域網(wǎng)與其它計算機相連，既可以實現(xiàn)資源共享，又可以使不同系統(tǒng)在統(tǒng)一調度下，協(xié)調工作，減少資源浪費。下位?PLC?或遠程工作站分散后進行連網(wǎng)，這樣，執(zhí)行級各控制器件就可在現(xiàn)場實現(xiàn)分散控制，并通過網(wǎng)絡將信息傳遞到上位控制機，使上位機進行集中管理。即使下位PLC或遠程工作站個別設備出現(xiàn)故障，也不會導致整個系統(tǒng)的癱瘓，整體性能好，運行可靠。

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

??? 當前，已有變電站將PLC引入控制系統(tǒng)中，但是僅僅利用PLC對開關量進行控制，如對有載調壓變壓器分接開關的調節(jié)，并聯(lián)補償電容器的投切等。遠沒有充分發(fā)揮PLC的強大功能。

3.1在變電站綜合控制系統(tǒng)中PLC分級遞階控制系統(tǒng)的結構

??? 利用本文上面提到的分級遞階控制結構，我們可以按照三級機構設計變電站綜合控制系統(tǒng)。

??? (1)組織級的設計

??? 組織級是本系統(tǒng)的最高級，承擔著最優(yōu)決策的功能。當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，利用電壓和無功功率雙參數(shù)將變電站運行狀態(tài)分為九個區(qū)，根據(jù)各個區(qū)所對應的控制方案進行調節(jié)。但是，在該控制系統(tǒng)中，無功調節(jié)判據(jù)是一個與電壓無關的平行于電壓坐標軸的固定邊界，沒有充分考慮無功調節(jié)與電壓調節(jié)相互間的協(xié)調關系。根據(jù)“保證電壓合格，無功基本平衡，盡量減少調節(jié)次數(shù)”的變電站電壓和無功綜合調節(jié)的基本原則，無功調節(jié)邊界應當是一個受電壓狀態(tài)影響，且在一定范圍內(nèi)服務于電壓調節(jié)的模糊邊界。因此，我們對傳統(tǒng)的控制策略也作了改進，引入了無功調節(jié)判據(jù),提出了模糊邊界的無功調節(jié)?；陔妷号c無功的相互影響,對電容器組的投切判據(jù)建立如下數(shù)學模。

式中：U0為標準電壓；Q0為每組電容器的容量；U為電壓實時值；Q為實時功率值；α1，α2為權重系數(shù)。

??? 根據(jù)上面推導出的數(shù)學模型，可以得到修正后的電壓?無功雙參數(shù)調節(jié)的模糊邊界,如圖2所示。

　

　

　

??? 我們利用計算機進行模糊推理，得到最優(yōu)控制策略，形成控制規(guī)則表，將其傳遞到下級進行協(xié)調控制。同時該級為操作人員提供了良好的人機界面，將電壓、電流、有功、無功等信息以曲線圖、柱狀圖等形式實時反映出來，并且在出現(xiàn)異常情況時可進行聲光報警，使操作人員可以及時全面的了解系統(tǒng)運行情況，并可對生產(chǎn)過程進行調節(jié)和控制。該級計算機裝有專家知識庫，在變電站內(nèi)出現(xiàn)故障時，可在專家系統(tǒng)的引導下，盡快解除故障。定時召喚打印功能和無人抄表功能可以方便的使變電站綜合控制實現(xiàn)無人職守。根據(jù)各變電站的實際運行情況和不同時段的電壓、無功波動情況，還可以通過控制級計算機設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有載調壓變壓器的分接頭和補償電容進行控制，以進一步增加控制的靈活性。

??? 該級的計算機還可以通過Ethernet、ARCNET等局域網(wǎng)進行聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息共享，對某一區(qū)域進行綜合控制，這樣既可以從整體上進行控制，更有利于提高整個地區(qū)的供電質量，還可以減少資源的浪費。

??????? (2)監(jiān)控/協(xié)調級的設計

?

該級的主要功能是完成組織級下達的命令，負責執(zhí)行級PLC的協(xié)調工作。該級可由計算機或主PLC構成，隨著PLC性能價格比的不斷提高，一般變電站的監(jiān)控/協(xié)調級都可由主PLC承擔。在變電站中，多變壓器的同步調節(jié)主要由該級負責，同時它還負責執(zhí)行級現(xiàn)場信息的傳輸，在整個分級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，也可以將組織級和監(jiān)控/協(xié)調級集成在一個高性能的計算機中。
??? (3)執(zhí)行級的設計

??? 執(zhí)行級的智能程度最低，但控制精度和實時性要求最高。由于變電站電磁干擾嚴重，常規(guī)的控制器件難以達到精確控制，因而可靠性高、實時性好、性能價格比高的PLC是最佳選擇。由于PLC與計算機聯(lián)網(wǎng)，可以將最優(yōu)控制結果下載到PLC，利用PLC實現(xiàn)各種最優(yōu)控制。對于主要器件如主變壓器，可以采用PLC的冗余技術更進一步提高可靠性。所謂PLC冗余技術即正常運行時，一臺PLC作為主PLC進行控制，其它的PLC作為備用，監(jiān)視系統(tǒng)運行。當主PLC發(fā)生故障時，由PLC協(xié)調器件指定另外一臺PLC作為主PLC，控制系統(tǒng)運行，將有故障的PLC換下維修。由于PLC發(fā)生故障的幾率十分小，采用冗余技術后的故障率幾乎為零。

??? 現(xiàn)在的PLC大多提供了現(xiàn)場總線技術，利用組態(tài)軟件可以方便的將現(xiàn)場的多臺PLC組成現(xiàn)場總線局域網(wǎng)?，F(xiàn)場總線采用開放式的標準總線結構，可以十分方便的將分散的智能化設備連接起來，有利于徹底的實現(xiàn)分布式控制，而且有利于各臺PLC的協(xié)調動作，提高了系統(tǒng)的可靠性。

3.2通信口的設計

?? C系列的C200H配有HOST LINK通信模塊，對上可與計算機通信，進行組網(wǎng)連接；對下可通過RS-232、RS-485等實現(xiàn)近程或遠程的通信，實現(xiàn)對生產(chǎn)線各個監(jiān)控點的監(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，依次對鏈接的PLC進行數(shù)據(jù)傳輸。上位機對來自現(xiàn)場的數(shù)據(jù)經(jīng)特征識別、分析判斷后，針對不同的狀態(tài)，再經(jīng)過通信口給下級下達命令。操作人員還可經(jīng)PLC終端對PLC的工作進行可視性監(jiān)控，通過觸摸屏開關下達命令。因此整個系統(tǒng)運行的正常與否和通信口的設計關系極大。為保證通信暢通可靠，在編制程序時應注意以下幾點：

??????? (1)波特率的設定應與?HOST LINK?單元的?SW3?的設置保持一致；

??????? (2)為保證傳輸可靠，對指令幀每一字符進行“異或”邏輯運算，形成通信指令檢驗的FCS碼；

??????? (3)對由HOST LINK單元返回的響應幀在判讀其相應位為“00”后處理，若FCS校驗錯或響應幀相應位不為“00”，顯示錯誤信息，重新發(fā)送指令。

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

??? 該控制系統(tǒng)各級之間既有分工又有聯(lián)系，協(xié)調工作。同時按照現(xiàn)場實際控制需要，將執(zhí)行級的PLC采用分散控制結構，將各個PLC分散后進行聯(lián)網(wǎng)，一方面可將變電站的全部信息通過網(wǎng)絡傳至組織級計算機以實現(xiàn)信息集中管理，另一方面可避免因個別設備出現(xiàn)故障而造成整個系統(tǒng)的癱瘓，提高了可靠性。

??? 由于控制系統(tǒng)采用模塊化結構形式，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，整個系統(tǒng)采用分級分散的網(wǎng)絡結構形式，使增加或去除某些單元不會影響整個系統(tǒng)的功能。同時，PLC可以實現(xiàn)在線編程，根據(jù)不同的需要對設定值進行整定，而不需要改變整個系統(tǒng)結構，因而大大提高了系統(tǒng)的靈活性。

4結論

??? 本文將PLC分級遞階控制的先進思想引入變電站綜合控制中，提出了一種先進、可靠、有較高性能價格比的變電站綜合自動控制系統(tǒng)結構設計方案。其基本思想是：通過通信網(wǎng)絡將PLC可靠性高、靈活性好、性能價格比高的優(yōu)勢與計算機信息處理快、顯示性能強的優(yōu)勢相結合，實現(xiàn)了變電站“管理集中，控制分散”的集散式控制。同時，將模糊控制與專家系統(tǒng)等智能技術引入變電站綜合控制，可以有效減少分接頭和補償電容器的動作次數(shù)，減少變壓器故障，提高電壓質量?，F(xiàn)場實驗證明本設計可靠性高，成本低，實用性強，符合變電站綜合控制向網(wǎng)絡化、智能化發(fā)展的方向

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