漫談ＰＬＣ技術(shù)在供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

顧毅華

[摘要]供配電技術(shù)(Engineering of power and distribution)就是研究電力的供應(yīng)和分配問題。電力，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，是人類現(xiàn)代文明的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。沒有電力，就沒有工業(yè)現(xiàn)代化，就沒有整個國民經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化。淺要介紹當(dāng)今供配電系統(tǒng)中的自動化裝置PLC，希望對廣大電力工作者更加了解該技術(shù)起到幫助。

[關(guān)鍵詞]供配電系統(tǒng) 自動化裝置 PLC

中圖分類號：TM7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0120040－01

一、前言

做好供配電工作，對于保證 企業(yè) 生產(chǎn)和社會生活的正常進(jìn)行和實(shí)現(xiàn)整個國民經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化具有十分重要的意義。在當(dāng)今的電力系統(tǒng)中對供配電系統(tǒng)自動化程度要求越來越高，特別是現(xiàn)在供配電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)規(guī)模越來越大，基于傳統(tǒng)的繼電器控制存在多種弊端，在供配電系統(tǒng)中引入PLC等基于微電子技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的控制系統(tǒng)勢在必行。這樣的控制系統(tǒng)可靠性高，易于安裝維護(hù)，節(jié)能，占用空間少，動作迅速。

二、供配電系統(tǒng)中PLC技術(shù)簡介

（一）PLC及其網(wǎng)絡(luò)被公認(rèn)為現(xiàn)代工業(yè)自動化三大支柱（PLC、機(jī)器人、CAD/CAM）之一

它是以單片機(jī)為核心，專門用于工業(yè)過程自動化控制的新型電腦器件。當(dāng)今的電力系統(tǒng)中傳統(tǒng)的機(jī)械觸點(diǎn)繼電器顯然已不能滿足變電站自動化對繼電保護(hù)裝置的要求。因此PLC技術(shù)就在供配電系統(tǒng)中得到了寵愛。

（二）常用的SIMATIC S7-300系列

SIMATIC S7系列PLC是德國西門子公司在S5系列PLC基礎(chǔ)上于1995年陸續(xù)推出的性能價格比較高的PLC系統(tǒng)。其中S7-300由于其系統(tǒng)的優(yōu)良特性，近年來，被廣泛應(yīng)用于專用電力自動化、機(jī)床、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、通用機(jī)械工程應(yīng)用、控制系統(tǒng)、電器制造工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)等諸多領(lǐng)域。

S7-300提供了多種性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/O擴(kuò)展模塊，各種功能模塊可以非常好地滿足和適應(yīng)自動控制任務(wù)，使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊，而且當(dāng)控制任務(wù)增加并且愈加復(fù)雜時，可隨時附加模塊對PLC進(jìn)行擴(kuò)展，系統(tǒng)擴(kuò)展靈活。其主要功能如下：

1．高速的指令處理。0.1-0.6μs的指令處理時間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。

（1）浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算：用此功能可以有效地實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算。

（2）方便用戶的參數(shù)賦值：一個帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具可以給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值。

2．人機(jī)界面(HMI)。方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，因此人機(jī)對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面(HMI)從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)是自動地處理數(shù)據(jù)傳送的。

3．診斷功能。CPU的智能化的診斷系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常，記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如超時、模塊更換等）。

4．口令保護(hù)。多級口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。S7-300的操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時，就不能改變操作方式。這樣就防止非法刪除或改寫用戶程序。

三、PLC技術(shù)在供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

可編程控制器(PLC)是一種新型微電腦式配電控制器。其主要特點(diǎn)是用內(nèi)部已定義的各種輔助繼電器（每個PLC可有多達(dá)上千個內(nèi)部繼電器）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械觸點(diǎn)繼電器，又通過軟件編程方式用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實(shí)際的硬件連接線。正因?yàn)檫@一特點(diǎn)，如果將PLC引入繼電保護(hù)裝置中，一方面可以克服使用傳統(tǒng)繼電器所帶來的種種弊端；另一方面，又可兼容基于傳統(tǒng)繼電器的設(shè)計(jì)思想和技術(shù)方案，尤其是對于邏輯關(guān)系較為復(fù)雜的觸點(diǎn)信號處理及操作出口控制，采用PLC編程能使方案設(shè)計(jì)工作變得更加簡單方便，下面介紹低頻減載和備用電源自動投入的PLC程序設(shè)計(jì)。

多功能繼電器組成的功能框圖如下圖所示。從圖中可看出，這基本上與微機(jī)保護(hù)典型圖相同，稍有區(qū)別的是，該裝置將通常的計(jì)算機(jī)繼電器邏輯電路分解成保護(hù)功能繼電器組和PLC，2個部分。根據(jù)不同保護(hù)對象（主變壓器差動保護(hù)、母線保護(hù)、電容器保護(hù)、線路保護(hù)等），由不同保護(hù)功能繼電器群組合，使裝置分成若干個標(biāo)準(zhǔn)型號，其中所有的單個功能元件均遵循正邏輯法則，在PLC中定義動作節(jié)點(diǎn)。例如，一個過電壓元件動作，在PLC中就有一個相應(yīng)的常開節(jié)點(diǎn)閉合(0→1)，而一個失壓元件動作，反映在PLC中也是一個相應(yīng)的常開節(jié)點(diǎn)閉合(0→1)。PLC編程使用的是與傳統(tǒng)二次電路圖最相似的梯形圖法，存放程序的EEPROM為外插接式，便于隨時修改設(shè)計(jì)方案。

需要說明的是，PLC中的保護(hù)功能繼電器F561、F562節(jié)點(diǎn)動作值以及時間繼電器T1、T2、T3和內(nèi)部開關(guān)KP1，均可通過手持編程器在系統(tǒng)運(yùn)行時進(jìn)行整定設(shè)置；開關(guān)量信號輸入節(jié)點(diǎn)I2、I3的狀態(tài)僅取決于裝置的信號輸入接口與電源小母線之間的連接片是否連通，運(yùn)行人員只需通過合上相應(yīng)的連接片就可決定負(fù)荷是接入低頻基本段還是低頻后備段。用PLC內(nèi)部開關(guān)代替外部連接片具有同樣效果，采用外部連接片僅僅是為直觀起見。

在編制低頻減載程序時，傳統(tǒng)繼電器的動作時間和返回系數(shù)概念在梯形圖中被理想化了，之所以能這么處理，主要得益于PLC的微電腦屬性。PLC中的程序是循環(huán)執(zhí)行的，每2次執(zhí)行之間的時間間隔（循環(huán)周期），由整個裝置從采樣到濾波到數(shù)據(jù)處理等各環(huán)節(jié)的時序配合決定（SEPAM裝置為13.3ms），但程序本身執(zhí)行1次的時間以微秒計(jì)，是完全可以忽略的。顯然，如果在梯形圖中將繼電器節(jié)點(diǎn)放在相應(yīng)線圈的后面，節(jié)點(diǎn)動作時間可理想化地認(rèn)為是零。這一點(diǎn)也是使復(fù)雜的低頻減載功能得以簡單實(shí)現(xiàn)的重要因素。

內(nèi)置PLC的繼電保護(hù)裝置在變電站的設(shè)計(jì)安裝調(diào)試過程及隨后1a多的運(yùn)行情況表明：PLC所具有的高度靈活性能為及時解決調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題提供最佳方案；PLC的運(yùn)行穩(wěn)定性和動作準(zhǔn)確性高，使繼電保護(hù)更可靠；PLC編程技術(shù)容易掌握，而程序本身與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)圖十分吻合，使設(shè)計(jì)人員能充分發(fā)揮專長；應(yīng)用PLC的繼電保護(hù)設(shè)備更加標(biāo)準(zhǔn)化，選型和使用方便。

四、結(jié)束語

隨著全社會對機(jī)械自動化程度要求的不斷提高，各種智能型的系統(tǒng)設(shè)備也不斷出現(xiàn)，而電力企業(yè)中供配電系統(tǒng)是一切自動化系統(tǒng)設(shè)備的基礎(chǔ)。因此采用PLC總線的智能型供配電系統(tǒng)，符合未來供配電系統(tǒng)的發(fā)展方向！