在某電廠110kV變壓器改造過程中，二次信號的遠程傳輸中發現3個難題：①新增的變壓器本體二次信號較之前增加很多，增設電力電纜困難；②變壓器與后臺測控系統的傳輸距離較遠（800m），干擾源較多，模擬量信號衰減大，容易失真；③后臺系統沿用以前老式的監控系統，必須考慮新變壓器與老式后臺系統的兼容問題。

考慮到以上幾點，本文中提出對變壓器本體二次信號采用可編程邏輯控制器（programmable logic controller, PLC）轉化成數字信號，并更換為通過光纖傳輸數字量，由光纖傳輸到達監控室之后再將數字信號轉化成模擬量和開關量，實現與后臺系統的對接。該項目具有節省成本和安全可靠的優點。

1 系統組成及原理

1）變壓器信號采集量

本項目中從變壓器本體采集并需輸送的信號包含光纖測溫信號5路，全部為4～20mA模擬量；油溫、油位、瓦斯報警、光纖報警開關量信號15路和1路PT100溫度遠傳信號。采集到的信號傳輸到控制室后，15路開關量和5路模擬量仍保留不變，傳至后臺的1路PT100經轉化為4～20mA模擬量后接入監控系統。

2）硬件組成

硬件設備由PLC及其擴展模塊、光電交換機、單模光纖等組成。

根據設備采集及輸出的開關和模擬量數量，項目中采用兩臺西門子ST40型CPU模塊、一個EM AI08模擬量輸入模塊、兩個EM AQ04模擬量輸出模塊，一個EM AR02熱電阻模塊，完成模數轉換和通信功能。

其中一臺PLC放置在變壓器端控箱內，用來將本體的二次開關量和模擬量轉化為數字信號，另一臺置于控制室，用于將數字信號轉換回開關量和模擬量。光電交換機采用工業級MIENI1203型，用來將PLC轉化的數字電信號轉成光信號或將光信號轉化回電信號。

3）工作原理

本系統主要工作過程是通過以下途徑實現的：PLC作為主要數據采集和模數轉化元件，首先將采集到的測控信號通過PLC轉化成數字量，再經光纖交換機把電信號轉換成光信號傳輸出去；在后臺通過另一臺光電交換機接收光信號，并通過后臺的光電交換機接收后由后臺PLC把信號轉換回模擬量和開關量，兩臺PLC通過以太網、光纖網絡組建網絡通信，通過以太網協議實現兩臺之間的信息發送和接收。系統組成框圖如圖1所示。

圖1 系統組成框圖

2 軟件編程測試

西門子S7-200 SMART CPU提供一個以太網端口，因此兩臺PLC可以方便地通過以太網口連接至光纖設備實現信息交換。本項目以太網通信協議采用TCP通信協議。TCP是一個因特網核心協議，在以太網通信的主機上運行的應用程序之間，TCP提供了可靠、有序并能夠進行錯誤校驗的消息交互功能。TCP能保證接收和發送的所有字節內容和順序完全相同。

對S7-200 SMART之間的TCP通信，雙方通過調用開放式用戶通信指令庫中的指令即可實現。

2.1 變壓器端PLC編程

1）設置變壓器端PLC IP地址

將變壓器端PLC地址設置為192.168.0.101，如圖2所示。

圖2 設置變壓器端PLC IP地址

2）建立變壓器端PLC TCP連接

調用指令庫中的TCP_CONNECT指令建立TCP連接，參數設置如圖3所示。設置連接后臺PLC地址為192.168.0.102，遠端端口為2001，本地端口為5000，連接標識ID為1。

圖3 設置TCP_CONNECT指令參數

3）調用發送數據指令

調用TCP_SEND指令發送以VB0為起始地址，數據長度為VW100內存儲數據，發送到連接ID為1指定的后臺端PLC。變壓器端TCP_SEND指令的參數設置如圖4所示。

圖4 設置TCP_SEND指令參數

2.2 后臺端PLC編程

1）設置后臺端PLC IP地址

參照圖2，設置IP地址為192.168.0.102。

2）建立后臺端TCP連接

參照圖3，調用TCP_CONNECT指令建立TCP連接。設置變壓器端地址為192.168.0.101，遠端端口為5000，本地端口為2001，連接標識ID為1。

3）后臺端接收數據

后臺端PLC調用TCP_RECV指令接收變壓器端PLC發送的數據。接收的緩沖區長度為VW100內存儲數據，數據接收緩沖區以VB1000為起始。后臺端接收數據指令的設置如圖5所示。

2.3 數據傳輸測試結果

按照圖2—圖5進行硬件連接和測試，并對PLC編程，進行數據傳輸試驗。在圖6中，VW0是變壓器端發送的開關量數據，VW50是變壓器端發送的1個模擬量數據，VW100是發送的數據長度。圖7中，VW1000是后臺端接收的對應開關量數據，VW1050是后臺端接收的對應模擬量數據，VW100是接收的數據長度。

通過變壓器端PLC發送數據和后臺端PLC接收數據一致性測試，數據結果顯示：開關量數值完全相同；模擬量數值由于模擬量處在動態變化中以及傳輸的稍有滯后，結果稍有偏差，但從數值看差值很小，僅萬分之三左右的誤差，滿足監測精度，達到了預定目標，證明方法可行。

圖5 后臺端TCP_RECV指令設置

圖6 變壓器端發送的數據

圖7 后臺端接收的數據

3 結論

通過本項目的軟硬件實施，驗證了其數據的準確性。系統運行可靠，獲得了成功。本項目具有以下幾方面的顯著優點：

1）采用PLC作為通信控制設備，軟、硬件設計簡單，響應迅速，運行可靠。

2）采用光纖/以太網通信的方式，避免了鋪設大量的電力電纜，可節省大量人力、物力，從而更節材。

3）采用光纖傳輸的方式，傳輸距離長，環境適應性強。

本文編自2021年第1期《電氣技術》，論文標題為“基于PLC的光纖通信技術在變壓器遠程監控中的應用”，作者為許金紅。