一种基于PLC的电力监控装置和监控方法
技术领域
本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种基于PLC的电力监控装置和监控方法。
背景技术
PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)是可靠性高、抗干扰能力强的硬件器件，在自动控制系统中有广泛应用，基于PLC的控制系统具有体积小、自动化程度高、数据处理量大的特点。民用船舶电力系统上的设备众多，现有的电力监控系统需要实现对电力系统的各组成设备的实时监测、显示和控制，以及进行数据处理等功能。上述功能通过纯软件实现有以下缺陷：由于计算机的内存限制，随着处理时长的增加，数据处理的效率降低；软件运行错误(俗称跑飞)时整个系统失效，所以纯软件系统可靠性不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于PLC的电力监控装置和监控方法，用于通过硬件实现在船舶电力系统中集中监测和显示主要运行参数、集中控制主要运行设备的功能。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于PLC的电力监控装置，包括柜体、电源组件和控制组件；柜体用于固定电源组件和控制组件；电源组件用于为控制组件供电；控制组件包括输入元件、PLC模块、输出元件、控制模块和输出模块；输入元件用于将用户操作转换为控制信号，并分别发送给待测的外部设备和PLC模块；PLC模块包括联锁模块和比较模块；联锁模块的信号输入端连接待测的外部设备和输入元件的信号输出端，分别用于采集待测的外部设备的断路器的开关状态以及输入元件的开关状态，并通过双向信号收发端口将开关量信息实时地发送给控制模块；联锁模块的信号输出端与输出元件的信号输入端连接，用于将开关量信息转发给输出元件，输出元件用于将收到的开关量信息转换为用户可见的形式；联锁模块的信号输出端还与待测的外部设备的信号输入端连接，用于根据收到的开关量信息对待测的外部设备的断路器进行联锁控制；比较模块通过双向信号收发端口接收控制模块发送的待测的外部设备的监测数据，比较并判断是否超出预设值范围，若超出则向待测的外部设备发出控制信号；控制模块分别通过局域网和总线与待测的外部设备连接，用于接收待测的外部设备发送的监测数据；控制模块通过双向信号收发端口与PLC模块连接，用于接收PLC模块发送的开关量信息并向PLC模块转发监测数据；控制模块的信号接收端与信号调理单元的信号发送端连接，用于接收模拟量信号；控制模块的信号发送端与输出模块连接，用于向输出模块发送输出信息，输出模块用于将收到的输出信息转换为用户可见的形式。
按上述方案，电源组件包括交流输入选择模块、蓄电池和AC/DC电源模块；交流输入选择模块的能量输入端分别连接220VAC主用电源和220VAC备用电源，交流输入选择模块的能量输出端连接AC/DC电源模块的能量输入端；交流输入选择模块用于在220VAC主用电源失电时自动接入220VAC备用电源，为AC/DC电源模块提供不间断的交流输入电源；蓄电池的能量输出端连接AC/DC电源模块的能量输入端；蓄电池用于在220VAC主用电源和220VAC备用电源均失电时向AC/DC电源模块输出24V直流电源；AC/DC电源模块的能量输出端分别连接DC/DC电源模块、加固计算机、加固液晶显示器和PLC模块的能量输入端；AC/DC电源模块用于将交流输入选择模块输出的220V交流电源或蓄电池输出的24V直流电源转换为24V直流电源。
进一步的，电源组件还包括DC/DC电源模块；DC/DC电源模块的能量输出端连接待测的外部设备的传感器的能量输入端；DC/DC电源模块用于将24V直流电源转换为15V直流电源。
按上述方案，控制组件还包括信号调理单元；信号调理单元的信号输入端与待测的外部设备的信号输出端连接，信号调理单元的信号输出端与控制模块的信号输入端连接；信号调理单元用于将电流模拟量信号转换为-5V～+5V的电压信号，并发送给控制模块。
按上述方案，控制组件还包括报警模块；报警模块的信号输入端与比较模块的信号输出端连接；PLC模块监测到电力系统的故障时，存储故障信息并向报警模块发送声光报警信号，报警模块发出声光报警提示直至故障消除。
一种基于PLC的电力监控方法，包括以下步骤：
S1：电力监控装置上电；
S2：加固计算机开机，PLC模块初始化；
S3：PLC模块集中控制电力系统的设备网络；
S4：加固计算机集中显示电力系统的拓扑结构和重要参数；
S5：PLC模块监测到电力系统的异常，包括电力系统蓄电池组、供电网络绝缘、供电网络过载与短路、供电不均衡、连锁保护失败、运行参数越限、通讯异常时，存储故障信息并发出声光报警提示。
进一步的，所述的步骤S1中，具体步骤为：
S11：若220VAC主用电源正常，交流输入选择模块选择220VAC主用电源作为输入为AC/DC电源模块提供220V交流电源；若220VAC主用电源失电，交流输入选择模块选择220VAC备用电源作为输入为AC/DC电源模块提供220V交流电源；若两路交流220V交流电源均失电时，接入蓄电池为AC/DC电源模块提供24V直流电源；
S12：AC/DC电源模块分别向加固计算机、加固型液晶显示屏、PLC模块和DC/DC电源模块输出24V直流电源；
S13：DC/DC电源模块向待测的外部设备输出15V直流电源。
进一步的，所述的步骤S3中，具体步骤为：
S31：PLC模块通过硬线采集待测的外部设备的主要断路器的开关量信号、电力监控装置的按钮和旋钮的开关量信号；
S32：PLC模块将开关量信号发送给拓扑图PCB，拓扑图PCB控制LED灯显示电力系统的网络状态；
S33：根据LED灯的显示状况操作按钮、旋钮对待测的外部设备进行控制；
S34：PLC模块根据收到的开关量信息对待测的外部设备的断路器进行联锁控制，包括：若同一母排上的电源1出线端的断路器闭合，则电源2出线端的断路器不准闭合；PLC模块判断加固计算机通过RS485接口转发的待测的外部设备的电流、电压数据是否超出预设值范围，若超出则控制待测的外部设备的断路器分断。
进一步的，所述的步骤S4中，具体步骤为：
S41：加固计算机通过RS485接口接收PLC模块发送的开关量信息，并通过PLC模块向待测的外部设备发送控制信号；
S42：信号调理单元将待测的外部设备的输出的电流模拟量信号转换为-5V～+5V的电压信号，加固计算机通过硬线接收信号调理单元发送的模拟量信息，用于监测待测的外部设备的主要监测点；
S43：加固计算机通过以太网和CAN总线接收待测的外部设备发送的电压、电流信息；
S44：加固计算机对步骤S41～步骤S43收到的信息进行综合分析处理，并发送给加固液晶显示器；
S45：加固液晶显示器根据收到的信息显示电力系统的拓扑结构和重要参数。
进一步的，所述的步骤S5中，具体步骤为：
S51：出现包括电力系统蓄电池组、供电网络绝缘、供电网络过载与短路，或供电不均衡的故障时，加固计算机分析故障信息后发送给PLC模块，由PLC模块向报警模块发送声光报警信号，报警模块发出声光报警提示；
S52：出现包括连锁保护失败、运行参数越限、通讯异常的故障时，PLC模块分析故障信息后直向报警模块发送声光报警信号，报警模块发出声光报警提示；
S53：故障消除后，与故障相应的故障信息以及声光报警信号消失。
本发明的有益效果为：
1.本发明的一种基于PLC的电力监控装置和监控方法利用PLC模块和加固计算机实现了在船舶电力系统中集中控制主要运行设备，以及集中监测和显示包括网络开关状态的主要运行参数的功能。
2.本发明单独使用PLC对待测的外部设备进行联锁控制，使用按钮或旋钮直接对待测的外部设备进行开合控制，保证了控制过程的可靠性。
3.本发明的加固计算机根据各个通讯线发送的数据进行计算处理和分析，并向加固型液晶显示屏发送视频信号进行软件显示；PLC模块根据采集的开关量向拓扑图PCB发送控制信息，进行硬件显示；实现了电力系统网络拓扑结构包括主要断路器的开合状态、电压、电流、功率以及绝缘状态的实时可靠显示。
4.本发明通过配置多种类型的接口，实现了对各种类型的外部设备的数据的接收，并对各个设备的信息进行综合分析、计算、判断和存储，实现了电力系统的集中管理。
5.本发明在电力系统出现异常状态即监测到的参数超范围时发出声光报警提示，且具备报警消音、查灯、电源失电继续工作的能力。
附图说明
图1是本发明实施例的原理框图。
图2是本发明实施例的外形布置图。
图中：1.柜体；2.交流输入选择模块；3.蓄电池；4.AC/DC电源模块；5.DC/DC电源模块；6.PLC模块；7.拓扑图PCB；8.按钮/旋钮；9.信号调理单元；10.加固计算机；11.加固液晶显示器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1，本发明的实施例包括柜体1、电源组件和控制组件。
柜体1用于固定电源组件和控制组件。
电源组件包括交流输入选择模块2、蓄电池3、AC/DC电源模块4和DC/DC电源模块5；电源组件用于为本发明供电，保障本发明的不间断运行。
交流输入选择模块2的输入为两路220V交流电源，交流输入选择模块2的输出端口连接AC/DC电源模块4的输入端口；交流输入选择模块2用于在两路220V交流电源中选择一路作为主用电源，将另外一路作为备用电源，当220VAC主用电源失电时自动接入220VAC备用电源，用于为AC/DC电源模块4提供可靠的、不间断的交流输入电源。
蓄电池3的输出端口连接AC/DC电源模块4的输入端口；当交流输入选择模块2的两路220V交流电源均失电时，自动接入蓄电池3提供的24V直流电源，用于保证AC/DC电源模块4不间断地输出24V直流电源。
AC/DC电源模块4将交流输入选择模块2输出的220V交流电源或蓄电池3输出的24V直流电源转换为24V直流电源，并提供给DC/DC电源模块5、加固计算机10、加固液晶显示器11和PLC模块6。
DC/DC电源模块5将24V直流电源转换为15V直流电源，用于给待测的外部设备的传感器供电。
控制组件包括PLC(可编程逻辑控制器)模块6、拓扑图PCB7、按钮/旋钮8、加固计算机10、加固液晶显示器11、报警模块和信号调理单元9；控制组件通过加固计算机10和PLC模块6实现了可靠实时显示电力系统的断路器的开关状态和可靠控制待测的外部设备的功能，提高了对电力系统主干网络的显示和管理的可靠性和冗余性。
PLC模块6采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。PLC模块6包括联锁模块和比较模块；联锁模块的信号输入端连接待测的外部设备、电力监控装置的按钮/旋钮8的信号输出端，分别用于采集待测的外部设备的断路器的开关状态，以及电力监控装置的按钮/旋钮8的开关状态，并通过RS485接口将开关量信息实时地发送给加固计算机10；联锁模块的信号输出端与拓扑图PCB7的信号输入端连接，用于将开关量信息转发给拓扑图PCB7；联锁模块的信号输出端还与待测的外部设备的信号输入端连接，用于根据收到的开关量信息对待测的外部设备的断路器进行联锁控制，此过程不经过加固计算机10，直接由PLC模块6完成；比较模块通过RS485接口接收加固计算机10发送的待测的外部设备的电流、电压数据，比较并判断是否超出预设值范围，若超出则控制待测的外部设备的断路器分断。
拓扑图PCB7用于根据收到的开关量信息，驱动拓扑图PCB7上的LED灯显示待测的外部设备的主要断路器的开关状态，无需复杂的电子器件进行辅助，实现了拓扑图PCB7对电力系统主干网络的可靠显示。
电力监控装置的按钮/旋钮8用于将用户操作转换为控制信号，并分别发送给待测的外部设备和PLC模块6。按钮/旋钮8直接与待测的外部设备进行硬线连接，控制过程简单，保证了对断路器的开合控制的可靠性。PLC模块6通过采集和记录按钮/旋钮8的开关信号、待测的外部设备的开关状态信息和状态反馈信号，便于用户在事后对整个监控过程的数据进行查找和分析。
加固计算机10运算速度快、处理能力强。加固计算机10分别通过以太网和CAN总线与待测的外部设备连接，用于接收待测的外部设备发送的监测数据；加固计算机10通过RS485接口与PLC模块6连接，用于接收PLC模块6发送的开关量信息并向PLC模块6发送监测数据；加固计算机10的信号接收端通过硬线与信号调理单元9的信号发送端连接，用于接收模拟量信号；加固计算机10通过DVI接口与加固液晶显示器11连接，用于向加固液晶显示器11发送并快速刷新显示信息，实现为用户实时显示电力系统的开关状态的功能。
加固液晶显示器11用于将加固计算机10发送的显示信息显示给用户。
报警模块的信号输入端与比较模块的信号输出端连接；PLC模块6监测到电力系统的异常时，存储故障信息并向报警模块发送声光报警信号，报警模块发出声光报警提示直至故障消除。
信号调理单元9用于将待测的外部设备的输出的电流模拟量信号转换为-5V～+5V的电压信号，并发送给加固计算机10。
本发明利用PLC模块6、加固计算机10等组件采集了电力系统重要节点运行状态、网络连接状态、网络绝缘状态等信息，实现了电力系统的信息集成，并通过预置于加固计算机10内的综合管理算法实现电力系统的故障诊断。
一种基于PLC的电力监控方法，具体步骤为：
S1：电力监控装置上电：
S11：若220VAC主用电源正常，交流输入选择模块2选择220VAC主用电源作为输入为AC/DC电源模块4提供220V交流电源；若220VAC主用电源失电，交流输入选择模块2选择220VAC备用电源作为输入为AC/DC电源模块4提供220V交流电源；若两路交流220V交流电源均失电时，接入蓄电池3为AC/DC电源模块4提供24V直流电源；
S12：AC/DC电源模块4分别向加固计算机10、加固液晶显示器11、PLC模块6和DC/DC电源模块5输出24V直流电源；
S13：DC/DC电源模块5向待测的外部设备输出15V直流电源。
S2：加固计算机10开机，PLC模块6初始化。
S3：PLC模块6集中控制电力系统的设备网络：
S31：PLC模块6通过硬线采集待测的外部设备的主要断路器的开关量信号、电力监控装置的按钮/旋钮8的开关量信号；
S32：PLC模块6将开关量信号发送给拓扑图PCB7，拓扑图PCB7控制LED灯显示电力系统的网络状态；
S33：用户根据LED灯的显示状况操作按钮/旋钮8对待测的外部设备进行控制；
S34：PLC模块6根据收到的开关量信息对待测的外部设备的断路器进行联锁控制，包括：若同一母排上的电源1出线端的断路器闭合，则电源2出线端的断路器不准闭合；PLC模块6判断加固计算机10通过RS485接口转发的待测的外部设备的电流、电压数据是否超出预设值范围，若超出则控制待测的外部设备的断路器分断。
S4：加固计算机10集中显示电力系统的拓扑结构和重要参数：
S41：加固计算机10通过RS485接口接收PLC模块6发送的开关量信息，并通过PLC模块6向待测的外部设备发送控制信号；
S42：信号调理单元9将待测的外部设备的输出的电流模拟量信号转换为-5V～+5V的电压信号，加固计算机10通过硬线接收信号调理单元9发送的模拟量信息，用于监测待测的外部设备的主要监测点；
S43：加固计算机10通过以太网和CAN总线接收待测的外部设备发送的电压、电流信息；
S44：加固计算机10对步骤S41～步骤S43收到的信息进行综合分析处理，并发送给加固液晶显示器11；
S45：加固液晶显示器11根据收到的信息显示电力系统的拓扑结构和重要参数。
S5：PLC模块6监测到电力系统的异常，包括电力系统蓄电池组、供电网络绝缘、供电网络过载与短路、供电不均衡、连锁保护失败、运行参数越限、通讯异常等时，存储故障信息并发出声光报警提示：
S51：出现包括电力系统蓄电池组、供电网络绝缘、供电网络过载与短路，或供电不均衡的故障时，加固计算机10分析故障信息后发送给PLC模块6，由PLC模块6向报警模块发送声光报警信号，报警模块发出声光报警提示；
S52：出现包括连锁保护失败、运行参数越限、通讯异常的故障时，PLC模块6分析故障信息后向报警模块发送声光报警信号，报警模块发出声光报警提示；
S53：故障消除后，与故障相应的故障信息以及声光报警信号消失。
本发明的报警模块还具备报警试灯、消音和电源失电继续工作的功能。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
