1　广州保税区配电网的基本情况

　　广州保税区10 kV配电网共有6个开关房，依次用10 kV馈线连接，形成闭环结构，由单个电源供电。每个开关房由10 kV进线柜一个(编号N1)、变压器出线柜2个(编号为N2，N3)、10 kV备用出线柜1个(编号为N4)、10 kV出线柜1个(编号为N5)组成。各柜配备情况和保护方案如表1所示。

表1　开关房各开关柜配备情况
Table 1　Equipment of each switch cabinet

2　10 kV配电自动化的PLC方案

2.1　系统总体结构
　　整个系统由执行端(SCP)、信道、调度端3部分组成，如图1所示。执行端(SCP)使用PLC代替传统的RTU，实现其全部功能；信道使用普通导引电缆；调度端由两台PC机组成双机运行的以太网。

图1 配电自动化系统总体构成
Fig.1 The overall constitution of distribution automation system

2.2　SCP的硬件构成
　　SCP的原理框图如图2所示。SCP以PLC为主体，其它的辅助元器件有电源、中间继电器、调制解调器、模式设置开关、电源开关等。

图2 SCP原理示意图
Fig.2 Schematic diagram of SCP

　　PLC选用SIMENS模块化的S7—200系列，根据所需功能的不同，可以进行组态。有基本模块(包括S7—212，S7—213，S7—214三种型号，各含14个输入点和10个输出点)、输入点扩展模块(8个输入点)、输出点扩展模块(8个输出点)、模拟输入扩展模块(2个模拟输入量)、模拟输出扩展模块(2个模拟输出量)等几种模块。根据遥测、遥信、遥控规模的大小，可以选用单独一个基本模块或者一个基本模块和若干个扩展模块进行组合，达到所需的遥测、遥信、遥控点数。
　　 在本方案中，选用了1个基本模块(S7—214型)和2个输入点扩展模块，共达到30个输入点(对应30个遥信点)、10个输出点(对应10个遥控点)。S7—200主要引脚功能见图2。
　　S7—214型基本模块本身自带14个输入点、10个输出点，有一个断电保持的时钟。有简单的通信功能，加、减、乘、除运算功能，丰富的移位、位操作、逻辑判断功能，较强的中断功能。这些特点为实现配电网中远动装置的各种功能(遥测、遥信、遥控等)提供了灵活、快捷、经济、可靠的保证。
2.3　SCP实现遥信、遥控、通信的工作过程
2.3.1　遥信
　　将需要遥信的开关信号输入到PLC的开关输入点，以实现SCP的遥信功能。在PLC的每次扫描中，各个开关的状态被自动写入相应的输入点映象寄存器位中，扫描程序捕捉任何开关的状态变化信息，并将它们作为事件报文传送到监控微机。
2.3.2　遥控
　　利用PLC的开关输出点电流的通断控制断路器的合闸、跳闸，以达到对线路进行遥控的目的。
　　当PLC的扫描程序发现有遥控命令需要执行时，将对应的输出点置为高电平，在相应的中间继电器中产生电流，使触点闭合，对应的断路器动作，对应的输出点再置回低电平，中间继电器断流，触点断开，SCP的遥控机构恢复到遥控前状态。
2.3.3　通信
　　SCP利用PLC的自由通信方式进行通信。空闲时，PCL时刻处于捕获通信中断信号的状态。当监控微机有字符送来时，PLC产生接收中断信号，进而执行相应的中断处理程序，完成报文的接收。当PLC的扫描程序检测到发送报文条件满足时，利用发送指令发送报文。报文发送完毕后，产生发送完毕中断信号，相应的中断处理程序将PLC切换回空闲状态，以便下次接收报文。

3　PLC与监控微机的通信规约

3.1　通信规约的技术要求
　　所选PLC仅支持半双工通信，它对通信有以下要求：在同一时刻只能收或发；由接收方式转为发送方式或相反，都必须经历一定的空闲时间；一次最多只能发送255个字符。
　　根据这些要求，我们制定了以下Polling方式的通信规约。
3.1.1　监控微机(主机)发送报文的方式
　　a.由主机引起对话，PLC处于被动应答状态；
　　b.主机发出报文，并得到PLC回报后，再经历100 ms才能发送下一报文。
3.1.2　主机接收报文的方式
　　a.主机发送报文后，经历90 ms，开始检测PLC的返送报文。有效报文的第1个字节为SCP站址。
　　b.接收到站址后，接收报文的后续字节。同一报文的相邻字节间隔应小于60 ms，否则，认为其中前一字节结束了一个报文，后一字节开始另一报文或者为无用字节。
3.1.3　主机对通信异常的处理
　　a.发完一段报文后，在5 s内未收到PLC的返送报文，须重发报文；
　　b.如果收到PLC的“出错”报文，须重发报文；
　　c.如果收到错误的报文，发送“出错”报文给PLC。
3.1.4　PLC接收报文的方式
　　a. PLC被动响应监控微机发来的信号。
　　b. PLC发送报文后，经过90 ms，进入接收报文状态，开始检测站址。有效站址位于报文第1个字节；检测到本站站址后，接收报文。
3.1.5　PLC发送报文的方式
　　a.如果接收报文不完整(长度不符)，则不发返送报文，等待主机重发。
　　b.接收到一段完整报文后，在100 ms之后发送返送报文。返送报文于接收报文后5 s内到达监控微机。返送报文类型按以下优先顺序确定：状态报文、事故报文、出错报文、其它报文。
3.1.6　PLC对通信异常的处理
　　PLC自动发送和重发“事故”报文，不重发其它报文。
3.2　报文的类型和格式
　　根据广州保税区配电自动化的功能要求以及PLC的特点，我们规定了11种下行报文和13种上行报文。为了提高报文传送的可靠性，又考虑到PLC的能力，这些报文选用以下的格式：字节1为PLC地址，字节2为报文类型，字节3为数据长度(=n)，字节3+1～字节3+n为数据区，字节3+n+1为字节1～字节n+3的异或校验码。

4　结语