基于PLC的校園供電系統(tǒng)分時節(jié)能設(shè)計

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)基于PLC的校園供電系統(tǒng)節(jié)能控制摘要：對于學校而言，用電負荷的變化周期性強、波動大、為供電系統(tǒng)的分時段運行創(chuàng)造了有利條件。結(jié)合實際案例介紹了兩臺變壓器分時段運行的控制思路和設(shè)計方法。給出了控制系統(tǒng)原理圖和PLC控制的應(yīng)用程序，并對節(jié)能效果作了詳盡的計算。1、引言節(jié)能是一項國家長期的基本國策，學校更應(yīng)該做節(jié)能的典范。除了加強學生的節(jié)能意識教育和加強用電管理之外，積極采用技術(shù)節(jié)能更是行之有效的途徑，在某校供電系統(tǒng)的改造中，根據(jù)學校負荷晝夜落差大、呈周期性變化的特點，對兩臺變壓器實行基于PLC控制的時段切換運行,達到了節(jié)能的目的。2、供電現(xiàn)狀與負荷分析該學校占地面積約m2，有教學樓七棟，綜合辦公樓和行政辦公樓兩棟，學生公寓八棟，學生實習用車間四個，食堂、圖書館和多功能活動中心各一個。學?？偟挠嬎阖摵蔀?00KV·A由兩臺600KV·A的油浸式變壓器供電，由于學校逐步擴建的原因，兩臺變壓器相隔數(shù)年先后投運。投運后，線路沒有很好地梳理，只是為了兩臺變壓器的負荷平衡，對供電對象做了一些簡單調(diào)整。兩臺變壓器之間沒有聯(lián)絡(luò)，檢修和調(diào)度都不方便。為了尋找節(jié)電途徑，對學校的負荷運行情況做了長期的跟蹤監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)負荷的變化具有明顯的周期性，且落差較大。負荷比較集中的時間是7：30～16：00負荷率大約在70﹪，16：00以后部分教師下班，學生下課，負荷率降至38﹪而21：00以后隨著圖書館和教室的關(guān)閉，負荷降到最低點，變壓器的負荷率只有18﹪左右。3、分時段運行的節(jié)能效果與計算3.1節(jié)能途徑分析變壓器的效率是與負荷率相關(guān)的。一般而言，負荷率在55﹪左右時其效率最高。其關(guān)系如圖所示。由圖可以看出21：00至次日7：30之間負荷最小，變壓器的負荷率不足最高時的1/3，此時變壓器是處于低效率運行狀態(tài)，當然是不利的。變壓器的損耗包括鐵損和銅損兩部分。其鐵損只取決于變壓器的材料和制作工藝，與負荷無關(guān)，即鐵損為常量。而銅損卻和負荷率的平方成正比。當負荷率降低時，其鐵損并未減少，它有可能成為損耗的主體。因此，著眼點就是要盡量避免變壓器的低負荷運行或空載運行。這也就是尋找的節(jié)能途徑。該學校由兩臺變壓器供電，如果能分時段運行，即在負荷高時，即21：00～7：30之間，照常由兩臺變壓器供電，而在21：00以后或節(jié)假日，也就是負荷最低時，由一臺變壓器集中供電，這樣既可以省掉一臺變壓器的空載損耗，又可使另一臺變壓器運行在較高效率區(qū)間，從而達到節(jié)能的目的。3.2節(jié)能計算通過上述分析提出了一種節(jié)能的途徑，究竟能否節(jié)能可以通過以下的計算來判定。從設(shè)備手冊中得知變壓器的參數(shù)為：型號S9—630/10，電壓10/0.4KV,鐵損1.3KW，銅損6KW。為了計算方便，不妨設(shè)變壓器的鐵損為W1,銅損為Wc，效率為m，則變壓器的損耗為：W1=Wi+Wcm2根據(jù)實際情況，僅就21：00至次日7：30這段時間進行計算。在這期間，兩臺變壓器同時運行時的負荷率為18﹪，合并為一臺變壓器運行時負荷率為36﹪，于是可計算如下：一臺變壓器集中供電的損耗為：W1=Wi+Wcm2=1.3+6×0.362KW=2.07KW兩臺變壓器同時供電時的損耗為：W2=（Wi+Wcm2）×2=（1.3+6×0.182）×2KW=2.99KW由此可以看出合并為一臺變壓器運行時的節(jié)省功率為（2.99－2.07）KW=0.92KW。學校每年正常工作日為40周，共計200天，其余為假期，共計165天，正常工作日單臺變壓器集中供電的時間為11h，假日單臺變壓器集中供電的時間為24h。于是，就可以計算出一年的節(jié)電量為W=(0.92×200×11+0.92×165×24)KW·h=5667KW·h，折算成資金為一萬多元錢，用這筆錢可以創(chuàng)造出更多的經(jīng)濟和社會效益。值得提醒的是，本文的控制方法對于負荷變化周期性強且晝夜落差明顯的用電單位才有節(jié)電空間，對于其他用戶是否適用!需具體情況具體分析。4.供電系統(tǒng)的改進通過以上分析計算可知，如果對兩臺變壓器按時段切換運行，就可以節(jié)電。為此，對供電系統(tǒng)的主回路和控制回路進行了重新設(shè)計，按照工程量最小、用料最省的原則，在最短的時間內(nèi)完成了改造。4.1主回路設(shè)計原來線路的問題主要有兩方面，一是兩臺變壓器之間沒有聯(lián)絡(luò)，不能起到互為備用作用，更滿足不了時段切換運行的需求；二是變壓器的負荷分配不合理，造成部分負荷線路超載，如食堂經(jīng)常會由于線路壓降過大而影響設(shè)備的使用，無故增加了供電的緊張氣氛。針對上述問題，首先對線路的負荷重新計算，線路重新調(diào)整，對負荷大的線路進行分流，對重點負荷改用專線供電，基本上做到了合理配電和安全用電。為了滿足按時段切換運行的要求，在兩段低壓母線之間增加了聯(lián)絡(luò)開關(guān)，考慮到頻繁操作的要求和低負荷運行的實際情況，聯(lián)絡(luò)開關(guān)采用CKJ5—630/1.14型低壓交流接觸器，CKJ5系列交流真空接觸器適用于額定電壓至1140V，額定電流630A，的饋電線路中，適用于頻繁操作的場合。為了使變壓器能與電源隔離，在保留原有高壓側(cè)真空斷路器的基礎(chǔ)上，又在變壓器低壓側(cè)增加了ZN7型低壓真空斷路器!該斷路器容量大，可以較頻繁地操作。真空斷路器和接觸器的操作電壓都選擇AC220V，使用方便。改造后的部分供電系統(tǒng)如圖所示。4.2控制回路設(shè)計實現(xiàn)對兩臺變壓器的切換運行，實際就是對 QF1、QF2、QF3、QF4以及KM進行協(xié)調(diào)控制。當需要兩臺變壓器同時供電時，QF1、QF2、QF3、和QF4均閉合，KM斷開；當需要一臺變壓器集中供電時，QF1、QF2和QF3、QF4中的一組和KM閉合而另一組斷開。考慮到長假期和特殊情況的需要，控制系統(tǒng)還設(shè)計了手動/自動操作選擇。當選擇手動操作時，由操作人員確定是一臺變壓器集中供電還是兩臺變壓器分別供電，當需要一臺變壓器供電時，還可以人為選擇是哪一臺變壓器供電；當選擇自動工作制時，變壓器的切換由PLC來控制，系統(tǒng)會按PLC的程序自動運行，控制原理圖如圖所示。圖中SS1為手動/自動選擇，向左45°為自動，向右45°為手動；SS2為單臺或兩臺運行選擇，向右45°時，KA1得電，1﹟變壓器（T1）單臺集中供電，向左45°時，KA2得電，2﹟變壓器（T2）單臺集中供電，當打到中間“0”位時KA2得電，此時為兩臺變壓器分別供電。KA3、KA4、KA5三個接點來自PLC的外接繼電器。當選擇自動工作制時，它們就會在PLC程序的控制下，自動完成單臺供電或兩臺變壓器供電的按時段切換控制。5.PLC的接線與編程5.1PLC接線根據(jù)該校的要求，選用了三菱公司的FX2N—16MR型PLC，該PLC總的I/O點數(shù)為16點，體積小，重量輕，經(jīng)濟耐用。按鈕SB是自動工作制時的投入起動按鈕，它和SS1串聯(lián)后接入X0，SS2的4、5、6三個回路分別接X1、X2和X3的輸入接口。斷路器的輔助接點分別接到PLC的X4至X7。輸出端口Y0、Y1、Y2和Y3分別接圖4PLC接線示意圖四個繼電器，其接點分別與圖3中的相關(guān)繼電器連接，以實現(xiàn)對變壓器的切換控制。PLC接線圖如圖4所示。另外，PLC的電源也受SS1的控制。當SS1選擇自動工作制時，PLC電源接通并轉(zhuǎn)入運行（RUN）狀態(tài)。此時只要按下SB起動按鈕，PLC程序就開始執(zhí)行，以實現(xiàn)供電系統(tǒng)的自動運行。5.2PLC應(yīng)用程序的編制5.2.1計時器的擴展編程在自動控制系統(tǒng)的設(shè)計中，計時器幾乎是不可缺少的，自從有了PLC之后，時間控制變得更加簡單和方便。PLC中的定時器種類多（有普通定時器和積算式定時器），數(shù)量大（總共有256個的定時器可供選用），精度高（定時精度可到ms）。即便如此，對于超長延時的需求而言，還顯得有些不足。例如，在設(shè)計中，一臺變壓器集中供電和兩臺變壓器分散供電的轉(zhuǎn)換就是靠時間來控制的，從7：30～21：00這個時段，需要計時長達13.5h，而FX2N系列PLC的最大計時長度也僅有3276.7s，不到1h。為了解決這個問題，在編程時利用計數(shù)器和定時器的配合，實現(xiàn)了定時器的時間擴展，達到了長延時的目的把定時器設(shè)定為1800s（30min），定時器每到達設(shè)定值時#就重新開始計時，這樣，當定時器完成一個計時過程時，計數(shù)器的計數(shù)值就加1，當計數(shù)器累計到27時，定時器就延時了13.5h。即30×27min=810min=13.5h。PLC中計數(shù)器有100多個，每個計數(shù)器的計數(shù)值可高達32767，由此可見，只要用該方法編程，就不存在超長計時問題了。定時器擴展的程序如圖5所示。5.2.2應(yīng)用程序編制因為變壓器的切換具有明確的周期性，且遵循嚴格的時間關(guān)系，比較適合采用步進順控指令（SFC）編程。步進指令簡單明了，運行可靠。變壓器時段運行的步進指令狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖6所示。從轉(zhuǎn)移圖中可知，當PLC接通電源時，初始脈沖M8002激活狀態(tài)S0，使S20、S21、C0和C1復位；一旦SS1選擇自動并且SB按鈕閉合，PLC的X0使能，激活狀態(tài)S20，使Y1輸出，KA4得電，QF1—QF4閉合，1#、2#兩臺變壓器同時運行；由T0和C0組成的計時環(huán)節(jié)也開始計時；當時間到達設(shè)定值時，C0輸出，激活狀態(tài)S21，PLC的輸出Y3使能，使聯(lián)絡(luò)接觸器KM吸合。同時，根據(jù)SS2的選擇位置不同，Y0和Y2必有且只有一個得電，以完成由兩臺變壓器分散供電到由一臺變壓器集中供電的轉(zhuǎn)換。單臺變壓器集中供電的時間，由T1和C1組成的計時環(huán)節(jié)控制，到達時間設(shè)定值且C2的計數(shù)值不到5，狀態(tài)就會轉(zhuǎn)到S20，開始下一個循環(huán)，這樣周而復始，每天就會按照設(shè)計，保證變壓器的分時段可靠運行。程序中還考慮了雙休日的特殊情況，因為學校雙休日都是放假的，且一年中也天數(shù)不少，應(yīng)該給以重視。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中的S22就是雙休日的控制部分，計數(shù)器C2反映了KM1（Y3）的得電次數(shù)，當C2計數(shù)值累計到5時，說明已到周末，程序自動轉(zhuǎn)入狀態(tài)S22，于是原來工作的單臺變壓器繼續(xù)工作48h，直到周一7：30轉(zhuǎn)入正常時段運行。5.2.3程序的不足整個系統(tǒng)的控制思想以時段為基礎(chǔ)，也就是只考慮了一個區(qū)間的長短，如果投入運行的起始點不同，所謂的“時段”就失去意義了。而程序中沒有自動校正起始點的功能，只能靠人工控制投入運行的時間點/r/