張藝翔，魏祥

（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 451460）

1 引言

在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的新時(shí)代下，電力系統(tǒng)也出現(xiàn)快速發(fā)展，因?yàn)殡娏Φ氖褂妙l率高、需求大，更需要保證供應(yīng)的穩(wěn)定性，這給電力系統(tǒng)的運(yùn)行帶來新的挑戰(zhàn)。而且在互聯(lián)網(wǎng)背景下，電力系統(tǒng)逐漸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，并且自動(dòng)化要求不斷提升。其中，PLC技術(shù)發(fā)揮了關(guān)鍵作用，作為可以事先編制好程序的控制系統(tǒng)，可靠性更高、操作靈活、安裝方便，運(yùn)行速度也比較快，對于電力設(shè)備的自動(dòng)化控制展現(xiàn)出很大的價(jià)值。特別是隨著時(shí)代的發(fā)展，未來電力系統(tǒng)中對于智能化技術(shù)的應(yīng)用將更加廣泛，相關(guān)人員需要對PLC技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究和創(chuàng)新，探究其更多的應(yīng)用途徑。

2 PLC技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化工程中的控制原理

電力系統(tǒng)自動(dòng)化工程是電力系統(tǒng)中關(guān)系到電氣設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化管理模式，先進(jìn)技術(shù)的使用可以實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)維管理和處理，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度、配電等操作的自動(dòng)處理。電氣自動(dòng)化的特點(diǎn)，一是綜合化，借助傳感技術(shù)的支持，利用集成系統(tǒng)，對電力系統(tǒng)內(nèi)部的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行整體控制，保證不同操作有序進(jìn)行，也保證不同操作的落實(shí)在同一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，而且相互之間不會(huì)產(chǎn)生干擾。二是網(wǎng)絡(luò)化，借助無線傳輸技術(shù)，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的作用，支持信號(hào)在不同模塊和指令之間的傳遞，保證每次傳播的數(shù)據(jù)信息都能清晰記錄在相應(yīng)的載體中，保證設(shè)備可以按照命令秩序化的實(shí)現(xiàn)功能。

PLC是針對工業(yè)環(huán)境應(yīng)用設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，利用可編程的存儲(chǔ)器，在設(shè)備內(nèi)部事先編制好一個(gè)程序，然后對設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行。啟閉、定時(shí)等操作的控制，可以實(shí)現(xiàn)對電力設(shè)備運(yùn)行、電力生產(chǎn)的自動(dòng)化控制。PLC技術(shù)作用的發(fā)揮，需要同時(shí)做好硬件和軟件設(shè)施的準(zhǔn)備（如圖1所示），一方面是硬件，最先考慮的就是PLC設(shè)備的型號(hào)，這需要考慮型號(hào)是否可以滿足使用要求以及硬件結(jié)構(gòu)是否合適。一般來說，PLC類型分為整體式和模塊式，需要結(jié)合需求來選擇，這意味著電力系統(tǒng)需要結(jié)合實(shí)際情況選擇設(shè)備。如果電力系統(tǒng)需要長期生產(chǎn)和加工大量的產(chǎn)品，選擇的設(shè)備盡量比較統(tǒng)一，這樣方便進(jìn)行集中管理和維護(hù)。之后就是設(shè)計(jì)I/O端口，這也需要結(jié)合實(shí)際使用情況控制端口數(shù)量。另外，開關(guān)大小以及智能運(yùn)行都需要符合機(jī)電一體化生產(chǎn)的需求，不要設(shè)計(jì)過多的操作，防止硬件設(shè)備的性能無法滿足控制需求。另一方面是軟件，進(jìn)行設(shè)計(jì)主要是基于PLC控制理論，最關(guān)鍵的就是軟件編程設(shè)計(jì)，這對于實(shí)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用十分重要。進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，對于有需求的程序，需要設(shè)計(jì)好編譯功能，能夠?qū)⒊绦颢@取的信息集中到一起，進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，變成可被控制中心識(shí)別的形式，一般來說使用的是圖解法，可以通過數(shù)據(jù)顯示的方式表示需要的控制操作。

圖1 PLC的基本組成部件

3 PLC技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化工程中的應(yīng)用優(yōu)勢

3.1 提高工作效率

在電力系統(tǒng)自動(dòng)化工程設(shè)備中應(yīng)用該技術(shù)，可以借助自動(dòng)化控制體系，改善設(shè)備的安裝程序，簡化安裝工序，提高安裝效率。同時(shí)借助該技術(shù)控制設(shè)備的運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，減少人為因素的干擾，提高工作效率。通過對該技術(shù)的合理運(yùn)用，不僅能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的整體運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行過程中遇到的難點(diǎn)問題做到實(shí)時(shí)監(jiān)測與記錄，還能分別處理出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，同時(shí)操控多個(gè)程序的運(yùn)行，提高問題的處理效率，并且保證操作人員可以實(shí)時(shí)了解電力系統(tǒng)的運(yùn)行工況，也對電力的平穩(wěn)發(fā)展與社會(huì)生產(chǎn)及人們生活提供保障。

3.2 具有較好的兼容性

該技術(shù)的兼容性較好，可以與其他許多先進(jìn)技術(shù)結(jié)合使用，改善電力系統(tǒng)自動(dòng)化工程設(shè)備的運(yùn)行情況。同時(shí)也因?yàn)樵摷夹g(shù)的兼容性，可以用于多種類型電力系統(tǒng)自動(dòng)化工程設(shè)備的控制操作，為提高設(shè)備的效率而服務(wù)。該技術(shù)支持多個(gè)接口的設(shè)計(jì)，可以接入其他先進(jìn)系統(tǒng)與設(shè)備，不斷豐富控制中心的功能。這樣方便操作人員結(jié)合電力系統(tǒng)的運(yùn)行需求，對控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整，不斷提升其自動(dòng)化控制水平。

3.3 具有較強(qiáng)的抗干擾能力

該技術(shù)應(yīng)用過程中，使用了聚集性科技，可以使設(shè)備接收廣泛來源的信息，分別進(jìn)行識(shí)別與收集，并可以提升抗干擾能力，防止信號(hào)、電磁、惡劣環(huán)境等造成的干擾，從而保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，更好的發(fā)揮其功能。

3.4 具有自我檢測功能

該技術(shù)應(yīng)用過程中可能出現(xiàn)一些故障問題，此時(shí)技術(shù)自備的調(diào)控體系可以進(jìn)行自我檢測，通過設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息的收集，判斷出現(xiàn)故障的區(qū)域，準(zhǔn)確定位，然后為操作人員發(fā)出警報(bào)，提醒操作人員進(jìn)行處理。所以該技術(shù)可以提升對故障問題處理的反應(yīng)速度，防止故障問題造成更大的損失。

4 PLC技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化工程中的具體應(yīng)用分析

4.1 數(shù)據(jù)收集和分析

PLC技術(shù)的應(yīng)用，支持設(shè)備從電力系統(tǒng)所有設(shè)備設(shè)施中采集數(shù)據(jù)，將之傳輸?shù)娇刂浦行模奖憧刂浦行恼莆针娏ο到y(tǒng)內(nèi)部各個(gè)設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行情況。在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的幫助下，各類數(shù)據(jù)信息的采集與傳輸支持動(dòng)態(tài)進(jìn)行，也就是說，控制中心可以在傳感器+無線網(wǎng)絡(luò)的配合下，實(shí)時(shí)獲得設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行數(shù)據(jù)，這樣可以最大限度避免與其他設(shè)備運(yùn)行期間出現(xiàn)故障，或者出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、遲報(bào)、漏報(bào)等問題（如圖2所示）。該技術(shù)可以控制電力設(shè)備的啟閉，配套使用視頻監(jiān)控設(shè)備以及顯示設(shè)備，可以讓操作人員觀察某臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行工況，對其運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及可以顯示某臺(tái)設(shè)備的操作畫面，如開關(guān)、啟停等，這樣也是保證在PLC系統(tǒng)出現(xiàn)問題后，可以人工進(jìn)行操作，防止出現(xiàn)問題。同時(shí)配合攝像機(jī)可以實(shí)現(xiàn)可視化管理，方便操作人員遠(yuǎn)程查看。而且，設(shè)計(jì)人員可以在系統(tǒng)上設(shè)計(jì)警報(bào)系統(tǒng)，在出現(xiàn)故障時(shí)，提供聲光、語音報(bào)警，提醒操作人員進(jìn)行及時(shí)處理。

圖2 某PLC設(shè)備在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.2 遠(yuǎn)程控制設(shè)備

需要在指揮室建立遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)中心，設(shè)置好要求的PLC系統(tǒng)，這是自動(dòng)化控制的核心，可以保證信號(hào)與數(shù)據(jù)的通信能力和可信度。還有就是監(jiān)控系統(tǒng)，一般使用連接總線+互聯(lián)網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)，保證安全運(yùn)行。同時(shí)因?yàn)樵O(shè)備的移動(dòng)速度和體積都在逐漸增長，運(yùn)行起來消耗的動(dòng)力也很大，為了保證動(dòng)力供應(yīng)穩(wěn)定，在電力管理系統(tǒng)后加入自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對電力數(shù)據(jù)的深入分析，評估供應(yīng)效果，進(jìn)行調(diào)整，可以節(jié)約能源。另外，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用PLC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化操作，可以自動(dòng)在出現(xiàn)故障后進(jìn)行處理，如將故障部位斷電，防止影響其他設(shè)備的運(yùn)行。

4.3 在線監(jiān)測系統(tǒng)

該系統(tǒng)是基于電力系統(tǒng)自動(dòng)化手段比較成熟的條件下，結(jié)合電氣設(shè)備的作業(yè)環(huán)境，運(yùn)用以太環(huán)網(wǎng)，形成在線監(jiān)控系統(tǒng)，以避免因?yàn)楣╇妿淼膰?yán)重事故。微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)支持動(dòng)態(tài)監(jiān)控、歷史信息整合等，可達(dá)到無人值班的狀態(tài)。通過設(shè)置電力系統(tǒng)專用的通信平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各類監(jiān)控資料的穩(wěn)定傳輸。運(yùn)用先進(jìn)的手段，促使電氣設(shè)備管理更為自動(dòng)化與現(xiàn)代化。系統(tǒng)將嵌入式應(yīng)用該軟件，融入到電力系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控與通信裝置上，支持現(xiàn)場信息采集與保護(hù)反應(yīng)、通信和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。針對低壓漏電，配備分布式的運(yùn)算方式，以規(guī)避出現(xiàn)短路、漏電等事故。借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備手段，處理供電設(shè)備故障識(shí)別及定位的問題。系統(tǒng)支持對所有電氣設(shè)備運(yùn)行情況的監(jiān)督，并且配備的操作界面可以展示和操控某個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況，這樣既可以自動(dòng)化控制，必要的話也能提供人工控制，防止斷電的問題出現(xiàn)。特別是開關(guān)設(shè)備的啟停、電流電壓控制等都受此管理。同時(shí)，借助先進(jìn)的視頻技術(shù)，還能支持對運(yùn)行現(xiàn)場情況的可視化管理，方便控制中心進(jìn)行分析和觀察。系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)，所以可以模擬未來短時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)變化，這樣可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障或其他問題的征兆，繼而輔助技術(shù)人員做出科學(xué)決策。

4.4 智能配電調(diào)度

這方面功能的落實(shí)，需要PLC技術(shù)在GIS系統(tǒng)和配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)，PLC技術(shù)在此系統(tǒng)中發(fā)揮一部分作用。借助原本的傳輸網(wǎng)絡(luò)，引入智能化技術(shù)，借助SCADA的運(yùn)行，實(shí)時(shí)收集電氣設(shè)備相關(guān)的運(yùn)輸線路，同時(shí)收集客戶端的數(shù)據(jù)信息，提供給集控中心，在GIS技術(shù)的支持下，實(shí)現(xiàn)對配電業(yè)務(wù)的遠(yuǎn)程智能化控制。因?yàn)榭蛻舳藢τ陔娏Φ男枨笾饾u增加，并且需求表現(xiàn)出不平衡的特點(diǎn)，在此系統(tǒng)支持下，操作人員可以利用SCADA視圖收集相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，傳輸給控制中心，儲(chǔ)存在智能云盤，然后借助大數(shù)據(jù)技術(shù)等進(jìn)行分析。之后管理人員可以按照自身需求，對分析結(jié)果給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，這樣可以對電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的綜合分析。比如，對于電能的計(jì)算，因?yàn)橛脩舨粩嘣黾?，用量不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)規(guī)模也日趨擴(kuò)大，進(jìn)行電能計(jì)算難度增加，電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障的可能也增加。此時(shí)借助智能化技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)程檢查和缺陷處理，支持對配電運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，特別是支持進(jìn)行自動(dòng)功耗管理，從而提升電力系統(tǒng)運(yùn)行效率。

PLC技術(shù)的應(yīng)用也支持電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動(dòng)化管理。這是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及很多子系統(tǒng)，并且相互之間存在制約關(guān)系。比如，借助電氣自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)缺陷目標(biāo)管理，需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)這個(gè)缺陷問題，準(zhǔn)確定位，并了解缺陷的類型等信息。之后，PLC系統(tǒng)會(huì)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)尋找出對此缺陷的處理方案，優(yōu)化處理流程的設(shè)計(jì)，指揮相關(guān)設(shè)備與人員進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)一體化管理模式，提高缺陷管理和處理的流暢性以及系統(tǒng)性。同時(shí)，在上述過程中，對于缺陷的管理有多種方案，每種方案都可以解決缺陷問題，此時(shí)PLC系統(tǒng)主要是對方案的可行性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行分析，選擇最佳方案。特別是電氣設(shè)備類型多樣，可能出現(xiàn)的缺陷問題也很多，給出的缺陷信息也不一致，需要分別進(jìn)行處理。

4.5 機(jī)電一體化

該技術(shù)的應(yīng)用還支持實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，主要是可以解決設(shè)備運(yùn)維存在的問題，保證設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。隨著網(wǎng)絡(luò)通信、遠(yuǎn)程控制等方面技術(shù)的不斷發(fā)展，借助PLC技術(shù)也能實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化發(fā)展。比如，某大型電力企業(yè)，針對某個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場，可以建立遠(yuǎn)程集控中心，負(fù)責(zé)管理現(xiàn)場所有的電氣設(shè)備，重點(diǎn)監(jiān)管正在運(yùn)行的設(shè)備，這樣可以保障生產(chǎn)效率。PLC技術(shù)的應(yīng)用是為了實(shí)現(xiàn)對多個(gè)設(shè)備的同時(shí)、實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程控制，這樣可以提升機(jī)電一體化的運(yùn)維水平，減少人力的支出，減少運(yùn)維成本。智能控制技術(shù)可以收集運(yùn)行現(xiàn)場傳輸出的信息數(shù)據(jù)，集中到一起形成數(shù)據(jù)庫，為每個(gè)設(shè)備、每個(gè)機(jī)電一體化體系等，建立實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)更新，這樣不僅可以實(shí)時(shí)處理問題，也能在后期查詢數(shù)據(jù)，便于對其進(jìn)行研究與技改。比如某發(fā)電機(jī)組，借助智控技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督，還可以進(jìn)行趨勢分析、實(shí)時(shí)報(bào)警等，實(shí)現(xiàn)無人運(yùn)維。比如，借助PLC系統(tǒng)配合打造生產(chǎn)管理系統(tǒng)，與管理工作配合進(jìn)行，比如，采集與傳輸數(shù)據(jù)信息等，保障數(shù)據(jù)采集工作的準(zhǔn)確性、可靠性；支持進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，針對性地對不同的風(fēng)險(xiǎn)因素制定各自對應(yīng)的防范措施，保障工作順利開展。支持對機(jī)械、開關(guān)等設(shè)備的集中監(jiān)控，并能下發(fā)命令，同時(shí)記錄所有的運(yùn)行操作消息，將采集到的信息處理后生成報(bào)表，保存在數(shù)據(jù)庫中，并有可溯源性。

5 結(jié)語

PLC技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化工程中的應(yīng)用，可以代替部分人工勞動(dòng)，減少人力成本，這樣就能夠提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，并且合理規(guī)避人工操作失誤造成的問題。同時(shí)，在PLC技術(shù)支持下引入智能化程序，可以對電力系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)高精準(zhǔn)度的控制和決策，并支持對電氣設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集和分析。未來，企業(yè)和科研單位還需要進(jìn)一步研究PLC技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化工程的應(yīng)用，提升自動(dòng)化控制效果，這樣就可以提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效果和穩(wěn)定性，從而保證可以穩(wěn)定供電。