【摘要】根據(jù)備用電源自動投入裝置的使用特點，將備用電源自動投入裝置應用于電網(wǎng)中，解決了當工作電源出現(xiàn)故障使電壓消失，導致用戶斷電的難題。本文主要介紹了備用電源自動投入裝置的特點，并舉例分析了利用PLC芯片如何實現(xiàn)備用電源自動投入的應用。

【關鍵詞】備用電源自動投入PLC控制自動化

隨著科學技術水平的不斷提高，現(xiàn)在電力技術的理論和實際應用范圍也在不斷地拓寬，與此同時一些大中型工廠和企業(yè)對供電的質量和可靠性有了更高的要求。在很多具有一級負荷和重要的二級負荷的工廠和企業(yè)中，其發(fā)電廠或變電所通常需要有備用電源自動投入裝置，實現(xiàn)供電系統(tǒng)的自動化，以確保電力系統(tǒng)的快速性、可靠性和安全性。

一、對備用電源自動投入裝置的分析

備用電源自動投入裝置是當主供電電源發(fā)生故障時，將備用電源在設定時間內啟動或投入，以保障重要設備電源的供給的自動化設備。

1.1傳統(tǒng)備用電源自動投入分析

傳統(tǒng)的備用電源自動投入裝置系統(tǒng)是由繼電器和接觸器組成。因其組成結構簡單、投入成本低，在一些中小型企業(yè)和工廠的供配電系統(tǒng)中很受歡迎。但是也存在著很多缺點：第一、由于傳統(tǒng)的備用電源自動投入系統(tǒng)都是由繼電器和接觸器組成，若要組成一套完整的控制系統(tǒng)，在繼電器和接觸器的使用數(shù)量上很大，而過多的繼電器和接觸器使得系統(tǒng)的體積變得龐大。第二、繼電器和接觸器都是電磁式機械動作，因而系統(tǒng)的動作響應能力差，繼電器和接觸器的觸點要頻繁地接通和斷開動作，使得觸點容易出現(xiàn)故障，導致系統(tǒng)的可靠性較低，并且要進行大量的維護和故障的檢修工作，過多的繼電器和接觸器對故障的檢修造成了巨大困難。第三、由于系統(tǒng)采用的是純硬件結構，不具備可編程能力，造成系統(tǒng)的開發(fā)周期長。系統(tǒng)不具有通信和監(jiān)控功能，不能使整個供配電系統(tǒng)有機地組合為一體，不能適用于對自動化水平要求較高的場合。

1.2新型PLC控制下備用電源自動投入分析

新型PLC控制的備用電源自動投入控制器完全克服了上述缺點。PLC是可編程序控制器，由CPU、存儲器、輸入輸出電路和功能模塊（如計數(shù)器、定時器、通信模塊）組成。通過采集現(xiàn)場的數(shù)字和模擬量的信息，經(jīng)CPU處理和計算后，將信息傳送至現(xiàn)場以控制設備的工作。其具有快速的運算能力，可實現(xiàn)設備和上位機通信，可利用圖形化（如順序功能圖、梯形圖、功能模塊圖）和文本化編程，并且具有軟件和硬件的診斷功能。

將其利用到備用電源的自動投入裝置上帶來的優(yōu)點有：第一、可以省去很多的繼電器和接觸器以及線路的連接。由于PLC內部具有很多繼電器，完全可以替代實際的繼電器裝置。第二、采用編程的方法使系統(tǒng)的開發(fā)更加快速和簡便，處理速度快（平均執(zhí)行一條指令的時間為微秒級甚至是納秒級），內部的定時器要比傳統(tǒng)的機械定時器精確度高很多。第三、可以通過預先規(guī)定好的協(xié)議將信息傳送給其他PLC或者PC機，以實現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控和系統(tǒng)故障的自診斷，并且還可以連接診斷和在線調試，進而確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。第四、由于其是利用程序來進行控制的，在對系統(tǒng)進行維護和修改時變得更加快捷和方便，不必像傳統(tǒng)的那樣要更換硬件和更改線路連接，只需要修改程序即可，大大縮短了維護周期。

1.3備用自動投入裝置的控制需滿足的控制要求

（1）當主電源由于故障而斷電時，備用電源必須投入運行，但是若備用電源沒有足夠高的電壓時，備用電源不能動作，而是進行相應故障的報警；（2）對于非故障的電源斷電，如人工操作的切除電源，備用電源不能投入運行；（3）備用電源只有在主電源正常工作時才進行充電操作，而當其投入運行時不再進行充電；（4）當主電源斷電故障消除后，主電源投入到工作狀態(tài)，備用電源切除與負載的連接；（5）當系統(tǒng)設備發(fā)生故障時，應使供電電路立即跳閘并發(fā)出警報以保證設備的安全；（6）設備在切換動作時要具有一定的時限，以確保與其他保護裝置的配合。

二、PLC在電網(wǎng)備用自動投入的應用舉例

圖1為某工廠的電氣主接線圖，從圖中可以看出該系統(tǒng)采用的是內橋接線型。

其中通過電壓互感器1TV和2TV分別檢測主電源和備用電源的電壓來確定電源的切換投入動作，3TV用來測量系統(tǒng)運行時的電壓和功率。

2.1PLC程序控制的要求

正常工作時，電源1工作，電源2處于備用狀態(tài)；當檢測到1TV電壓低于設定值時，利用程序控制1QF斷開，接通2QF。同時監(jiān)控各個電壓互感器、電流互感器、過流保護裝置的狀態(tài)，并根據(jù)具體情況發(fā)出相應的警報。同理，當電源2處于工作狀態(tài)時，在其出現(xiàn)故障時，2QF斷開，1QF接通，將電源1切換到投入狀態(tài)。需要注意的是，各個斷路器和接觸器動作的先后順序和時間，如果出現(xiàn)錯誤可能導致系統(tǒng)發(fā)生短路，造成設備的燒毀或觸電事故。

2.2根據(jù)需求選擇PLC

目前我國主要流行的PLC產(chǎn)品生產(chǎn)廠家主要有德國西門子（Siemens）、日本三菱（MITSUBISHI）和歐姆龍（OMRON）、法國的施耐德（AEG Schneider）、美國的A-B（Allen-Bradley）、臺灣臺達等。在選擇PLC的類型時，要根據(jù)性價比最優(yōu)的原則進行選擇。這里在選擇時根據(jù)工廠的規(guī)模和成本，依據(jù)性價比選擇三菱系列PLC。

在確定PLC的型號之后，還要根據(jù)以下幾點選出具體的型號：（1）數(shù)字量和模擬量的輸入和輸出點數(shù)。經(jīng)過該系統(tǒng)的統(tǒng)計后，計算出數(shù)字量輸入點數(shù)為27，數(shù)字量輸出點數(shù)為19，模擬量輸入點數(shù)為5。此外在實際應用時要考慮一定的裕量，按照經(jīng)驗一般取10%的裕量進行選擇。程序輸入的PLC數(shù)字量輸入點數(shù)為30，數(shù)字量輸出點數(shù)為22，模擬量輸入點數(shù)為6。（2）PLC負載能力分析。當PLC在插入其他輸入輸出模塊時，必須要考慮PLC的負載能力。PLC內部有5VDC電源供電，不同型號的CPU所能提供的最大擴展電流不同。經(jīng)統(tǒng)計該系統(tǒng)所有繼電器和斷路器的工作電流總和約1000mA。另外，如果不考慮PLC負載能力，可采用外加電源的方式。（3）PLC所具有的功能模塊。根據(jù)系統(tǒng)的設計條件，PLC應具有計數(shù)器、定時器等。然而一般的PLC都具有此功能模塊，此情況可以不用考慮。

依據(jù)以上幾點考慮情況，最終確定的PLC型號為三菱FX2N系列的FX2N-64RM+FX2N-8AD，共計輸入點數(shù)為32，數(shù)字量輸出點數(shù)為32，模擬量輸入點數(shù)為8。

2.3外圍電路的硬件設計

由于該工廠對于抗干擾的要求較高，在這里采用220VDC對PLC進行供電可以避免交流諧波信號對系統(tǒng)造成的干擾，以保證PLC的正常工作；對于傳輸線路采用屏蔽雙絞線。模擬信號和數(shù)字信號之間采用光藕隔離技術；并且要具有必要的過壓、失壓保護，過電流和短路保護；避免接地故障可以采用TT型保護。

2.4PLC程序的設計

根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，所編寫程序應具有的功能：將電壓互感器和電流互感器上的電壓和電流信號轉換為數(shù)字信號，并與預訂值進行比較，確定系統(tǒng)當前的運行狀態(tài)（如正常運行、失壓、過流、短路）；根據(jù)采樣取得的數(shù)據(jù)信息進行處理，控制相應的斷路器、接觸器、繼電器、各種開關以及各種信號指示燈；將系統(tǒng)的各種狀態(tài)信息傳輸給監(jiān)控室的上位機，使相關技術人員準確掌握系統(tǒng)的運行狀態(tài)，以確保系統(tǒng)的安全與可靠；能夠完成對一些故障的自動處理能力。

在編寫程序之前，要根據(jù)系統(tǒng)的各個輸入輸出對PLC進行地址分配，然后編寫初始化代碼以完成對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的初始化，最后編寫主程序和中斷服務程序以完成對系統(tǒng)的控制。由于篇幅有限，現(xiàn)附上部分主要的自動投入過程的程序梯形圖（圖2）作為參考。

2.5聯(lián)機調試、運行

編寫完程序后，進行編譯，然后下載到PLC上進行聯(lián)機調試，并用相關軟件在上位機上編寫出監(jiān)控組態(tài)的程序用以監(jiān)控系統(tǒng)的運行，對系統(tǒng)進行可靠性、失效率、平均壽命等各方面測試和評估，在保證了程序能夠運行無誤，各項指標符合要求后，將程序投入到工程上的使用。

綜上所述，利用PLC完成電網(wǎng)備用自動投入系統(tǒng)的控制，使系統(tǒng)的運行速度快、執(zhí)行效率高，并且提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，不易發(fā)生故障，且維護方便。由于系統(tǒng)的自動化水平高，能夠適應長期的發(fā)展。因而PLC在電網(wǎng)備用電源自動投入中的應用將越來越廣泛。