南陽飛龍電力集團有限公司 高艷榮

1 引言

設(shè)計電力系統(tǒng)自動化裝置時，始終堅持科學化、規(guī)范化等基本原則，提高對自動化設(shè)計工作的重視程度。及時明確PLC 在電力系統(tǒng)自動化設(shè)計過程的重要意義，了解基于PLC 的電力系統(tǒng)自動化硬件設(shè)計及軟件設(shè)計內(nèi)容，全面掌握電力系統(tǒng)自動化設(shè)計要點，從而增強PLC 在自動化設(shè)計過程的運用效果，實現(xiàn)提高自動化操控水平及綜合能力的雙重目標。

2 基于PLC 的電力系統(tǒng)自動化設(shè)計的現(xiàn)實意義

2.1 有效增大電力系統(tǒng)自動化設(shè)備的存儲量

PLC 作為計算機技術(shù)中的一項主要技術(shù)，在其編制過程中具有獨立存儲器，具有很強的存儲功能。電力系統(tǒng)自動化設(shè)計中通過運用PLC，不但能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的實時存儲，而且能夠依據(jù)用戶個性化需求對相應(yīng)信息進行快速、高效地記錄和存儲，可以為設(shè)備故障提供完整、有效的數(shù)據(jù)參考，為電力系統(tǒng)自動化設(shè)備檢修工作提供參考數(shù)值，增大了電力系統(tǒng)自動化設(shè)備的存儲量[1]。

2.2 促使電力系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展

傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)設(shè)備運行過程中，因為未引入PLC 這一技術(shù)，工作效率低、設(shè)備發(fā)生故障的概率高、智能化水平不高，現(xiàn)如今，將PLC 運用于電力系統(tǒng)設(shè)備運行中，切實做到了自動化操控，使得PLC 在行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛運用。以PLC 技術(shù)為核心，堅持科學化監(jiān)管，充分利用PLC 技術(shù)對系統(tǒng)、設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行實時記錄、實時分析及整合，確保了故障問題處理的及時性，更好地保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。

3 基于PLC 的電力系統(tǒng)自動化設(shè)計重點

3.1 基于PLC 的電力系統(tǒng)硬件設(shè)計

設(shè)計電力自動化硬件系統(tǒng)時，需對自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用的功能需求進行分析，秉承科學化、實用性等基本原則，強化自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計。將供電區(qū)域以模塊形式劃分為多個供電單元，以PLC 為核心[2]。運用傳感器采集電力信號，便于對電力輸入系統(tǒng)信息進行實時監(jiān)測及控制，設(shè)計人員將上位機與PLC 一起接入供電網(wǎng)內(nèi)部，進行有效的地址配對，這種設(shè)計可以為電力系統(tǒng)工作人員提供參考數(shù)據(jù)。借助虛擬網(wǎng)絡(luò)對各個電力設(shè)施設(shè)備進行遠程控制，同時可以對相應(yīng)供電體系進行整體操控。遠程移動通訊設(shè)施與電力設(shè)備一起接入自動化控制裝置上，依托自動化裝置進行無線訪問操作，通過通信服務(wù)功能對電力系統(tǒng)進行實時預(yù)警和維護。

輸入電路設(shè)計：供電電源為AC85-240V，為提高輸入電路的抗干擾功能，及時加設(shè)隔離變壓器、電源濾波器等凈化元件，將線圈屏蔽層接入PLC 輸入電路接大地，采取雙層隔離措施提高其抗干擾性能。

輸出電路設(shè)計：嚴格按照標準化流程操作，采用晶體管輸出方式啟動和停止各種變頻器、數(shù)字直流調(diào)速器、指示燈[3]。以高頻動作確保系統(tǒng)響應(yīng)時間較短，以簡單化的輸出電路，增強整個自動化系統(tǒng)的負載能力。當直流感性負載時應(yīng)及時接入續(xù)流二極管；交流感性負載時并接浪涌吸收電路，保護PLC 控制系統(tǒng)的安全性、可靠性?；赑LC 的電力系統(tǒng)自動化輸入電路設(shè)計過程如圖1所示。

圖1 基于PLC 的電力系統(tǒng)自動化輸入電路設(shè)計過程

3.2 基于PLC 的中央處理器設(shè)計

設(shè)計中央處理器之前先考慮其功能：接收與存儲用戶由編程器送入的程序及數(shù)據(jù)信息；檢查編程環(huán)節(jié)語法方面的錯誤，診斷PLC 運行中的故障；以掃描形式工作，同時接收來自現(xiàn)場的輸入信號，并將其快速輸入至數(shù)據(jù)存儲器；執(zhí)行用戶程序，完成用戶程序規(guī)定的運算、數(shù)據(jù)處理等相應(yīng)操作；依據(jù)運算結(jié)果刷新輸出映像系統(tǒng)內(nèi)容，由輸出部件實現(xiàn)打印制表、數(shù)據(jù)通信等多項功能。

設(shè)計中央處理器時，第一步：考慮PLC 系統(tǒng)選型，以自動化技術(shù)運用需求為主要考慮，在軟件實際設(shè)計要求基礎(chǔ)上，及時明確中央處理器的性價比，出于運行可靠性考慮，選用S7-300的中央處理器，內(nèi)置80kRAM 和20kBEEPROM，數(shù)據(jù)處理中通過加入1024個處理點數(shù)模擬128個I/O 通道；第二步：將該處理器與以太網(wǎng)絡(luò)連接起來，形成自動化切換雙加工模式，運用中央處理器進行編程操作，可以達到4倍頻處理效果[4]。

3.3 基于PLC 的電力系統(tǒng)自動化軟件設(shè)計

3.3.1 基于PLC 的自動化采集模塊設(shè)計

自動化采集模塊設(shè)計中，運用AD603芯片，同時借助PLC 系統(tǒng)設(shè)計自動化采集模塊的編程及加工。電力設(shè)備采集信息時，先全面分析電力設(shè)備有關(guān)信息的狀態(tài)，以此確定運行狀態(tài)下的配置節(jié)點，依據(jù)信息采集情況確定故障區(qū)域，然后記錄故障信息，設(shè)備待機狀態(tài)下，運用PLC 改進模塊采集系統(tǒng)，完成初始化設(shè)計。

3.3.2 基于PLC 的自動化控制數(shù)據(jù)庫設(shè)計

設(shè)計人員依據(jù)自動化采集模塊提供的設(shè)備登錄名稱、設(shè)備類型、運行狀態(tài)、設(shè)備型號、故障信息、檢修信息、耗電量等數(shù)據(jù)，開展系統(tǒng)登錄信息整合活動，對這些數(shù)據(jù)進行綜合化處理，使其成為自動化系統(tǒng)的初始化信息，這樣設(shè)計可以縮短排查電力系統(tǒng)故障的時間，盡可能地降低電力設(shè)備自動化故障發(fā)生概率[5]。

4 基于PLC 的電力系統(tǒng)自動化設(shè)計細節(jié)

4.1 確定自動化系統(tǒng)的規(guī)模

設(shè)計人員依據(jù)生產(chǎn)工藝流程確定自動化系統(tǒng)規(guī)模大小，同時將其分為大、中、小這三種規(guī)模，大規(guī)模自動化系統(tǒng)：生產(chǎn)過程是大規(guī)?？刂?、自動化網(wǎng)絡(luò)控制、DCS 系統(tǒng)，選用具備智能控制、中斷控制、函數(shù)運算、數(shù)據(jù)庫、通訊聯(lián)網(wǎng)等功能的SIEMENS S7-400；中規(guī)模自動化系統(tǒng)：生產(chǎn)過程涉及邏輯控制和閉環(huán)控制這兩個方面，選用具有模擬量控制功能的SIEMENS S7-300；小規(guī)模自動化系統(tǒng)：生產(chǎn)過程是條件控制、順序控制，以開關(guān)量為主，選用SIEMENS S7-200。

4.2 確定自動化系統(tǒng)模擬量類型

PLC 處理模擬量的過程為：傳感器采樣-變送器和A/D 轉(zhuǎn)換器量化-PLC 處理-D/A 轉(zhuǎn)換器模化-輸出至執(zhí)行器，PLC 控制模擬量系統(tǒng)特點表現(xiàn)為：以增加A/D 轉(zhuǎn)換位數(shù)的方式提高控制精度；為避免信號失真，需及時調(diào)整采樣頻率；PLC 的采樣、量化、?；?、輸出等過程都具有較高的準確性、快速性、穩(wěn)定性；PLC 自動化系統(tǒng)具有抗干擾能力強的優(yōu)勢。設(shè)計人員根據(jù)被控對象復(fù)雜程度，及時統(tǒng)計電力系統(tǒng)模擬量、數(shù)字量，估計內(nèi)存容量，及時了解軟硬件資源的余量，根據(jù)PLC 輸出端所帶負載、動作頻率確定輸出方式，保證自動化系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

4.3 電力設(shè)備耗電量計算和程序誤差設(shè)計

計算耗電量是電力系統(tǒng)自動化設(shè)計過程的關(guān)鍵任務(wù)，對電力設(shè)備耗電量的計算關(guān)乎電力系統(tǒng)運行狀態(tài)。利用PLC 對電力設(shè)備耗電量進行自動化計算，由此獲得電量額定值，有效調(diào)整實際耗電量，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)設(shè)備的自動化操控。系統(tǒng)程序誤差消除設(shè)計環(huán)節(jié)，以降低設(shè)備消耗值為主要目標，需要借助專業(yè)技術(shù)進行誤差處理，及時關(guān)注耗電量偏高問題，認真分析電力設(shè)備與自動化系統(tǒng)間的抗震效應(yīng)，及時了解抗震電壓增加后引起的諧振補償誤差，將電力系統(tǒng)自動化運行中的誤差降至最小，切實發(fā)揮自動化控制誤差的功能。

4.4 確定PLC 的編程工具

PLC 的編程有手持編程器編程、圖形編程器編程、計算機軟件編程這三種方式，手持編程器編程常用于用量小、系統(tǒng)容量小的情況中，具有明顯的易于調(diào)試的優(yōu)勢；圖形編程器編程采用梯形圖編程，這種編程器價格較高，常用于中檔PLC 及微型PLC；計算機軟件編程的特點為價格高、效率高、開發(fā)價格昂貴。

5 基于PLC 的電力系統(tǒng)自動化設(shè)計測試及控制方式

5.1 基于PLC 的電力系統(tǒng)自動化設(shè)計測試

對電力系統(tǒng)進行自動化設(shè)計后，為保證其最佳的使用效果，及時進行測試，做好相應(yīng)系統(tǒng)的測試及硬件調(diào)試工作，首先：對芯片進行調(diào)試，嚴格按照規(guī)范化流程安裝芯片后進行電能測試，接口指示燈均亮起，這表明各個接口可以正常投入使用；然后：對芯片進行試運行，將電力設(shè)備信號及時傳送至自動化采集模塊中，保證硬件系統(tǒng)可以正常使用；接著：安裝中央處理器之后，及時處理中央處理器數(shù)據(jù)，額定電壓一定的前提下，分析自動化控制裝置是否具備4倍頻處理功能，這個標準作為中央處理器調(diào)試效果的判斷依據(jù)。登錄自動化系統(tǒng)輸入用戶名和密碼后直接跳至自動化操作界面，經(jīng)過相關(guān)調(diào)試，軟件系統(tǒng)處于正常運作狀態(tài)，如輸入用戶名和密碼后退出界面，系統(tǒng)顯示重新進入，表明軟硬件系統(tǒng)調(diào)試異常。

5.2 基于PLC 的電力系統(tǒng)自動化控制方式

5.2.1 順序化控制

電力系統(tǒng)自動化控制中，順序化控制是最典型的一種方式，將PLC 應(yīng)用于電力設(shè)備順序化控制過程中，有效降低設(shè)備損耗和能源損耗，確保電力系統(tǒng)自動化裝置可以安全運行。順序化控制在PLC 運作環(huán)節(jié)的作用不可小覷，將PLC 與順序化控制深度融合，使其具有較高的應(yīng)用價值，盡可能地提高電力系統(tǒng)自動化運作水平。

5.2.2 分散性控制

分散性控制是電力系統(tǒng)自動化設(shè)計中需要考慮的一個重點方向，是由分散控制構(gòu)成的PLC 控制裝置。為提高自動化設(shè)計效果，及時分析電力信號對自動化設(shè)計產(chǎn)生的影響，并積極掌握PLC 自動化設(shè)計要點，實現(xiàn)對電力設(shè)備的靈活性操控，提高其分散性控制能力。

5.2.3 閉環(huán)式控制

閉環(huán)式控制現(xiàn)階段在電力系統(tǒng)自動化改革中得到廣泛運用，泵類電機是閉環(huán)式控制的一種目標，常見的方式有機旁手啟動、現(xiàn)場控制啟動等，不同類型電機的控制方式呈現(xiàn)自動保護、針對性等特點，目前在電力系統(tǒng)自動化設(shè)計工作中具有重要作用。

6 基于PLC 的電力系統(tǒng)自動化設(shè)計的發(fā)展前景

6.1 精簡化

電力設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)不斷簡化，其功能性隨之增強，零件數(shù)量減少，內(nèi)部結(jié)構(gòu)在優(yōu)化，自動化裝置運行過程中產(chǎn)生的能源消耗成為設(shè)計人員關(guān)注的對象，確保軟硬件系統(tǒng)設(shè)計效果的前提下，盡可能簡化電力設(shè)備信號分析及處理過程。

6.2 創(chuàng)新化

創(chuàng)新是提高電力設(shè)備自動化水平的關(guān)鍵，互聯(lián)網(wǎng)背景下，設(shè)計人員及時借助網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展PLC 設(shè)計及運行過程探討活動。以改進電力設(shè)備自動化運作為主要形式，積極運用PLC，強化創(chuàng)新設(shè)計在自動化裝置運行過程的實踐效果。

6.3 智能化

智能化是電力設(shè)備自動化創(chuàng)新中的一大突破，設(shè)計目標是，促進電力系統(tǒng)自動化裝置的智能化發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)時代下，信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，這成為電力系統(tǒng)自動化設(shè)計中的主要技術(shù)支撐，利用PLC先進技術(shù)代替人工操作，大大降低設(shè)備故障頻率。

7 結(jié)語

PLC 為電力系統(tǒng)自動化運作明確了方向，為實現(xiàn)提高PLC 技術(shù)及自動化操控水平的雙目標，必須明確PLC 在電力系統(tǒng)自動化設(shè)計過程運用的重要意義，及時了解電力系統(tǒng)自動化硬件設(shè)計及軟件設(shè)計重點。強化自動化功能測試，全面掌握電力系統(tǒng)自動化控制方式：順序化控制、分散性控制、閉環(huán)式控制，以便深化PLC 在電力系統(tǒng)自動化設(shè)計中的運用。