漫談ＰＬＣ技術在供配電系統中的應用

顧毅華

[摘要]供配電技術(Engineering of power and distribution)就是研究電力的供應和分配問題。電力，是現代工業生產的主要能源和動力，是人類現代文明的物質技術基礎。沒有電力，就沒有工業現代化，就沒有整個國民經濟的現代化。淺要介紹當今供配電系統中的自動化裝置PLC，希望對廣大電力工作者更加了解該技術起到幫助。

[關鍵詞]供配電系統 自動化裝置 PLC

中圖分類號：TM7文獻標識碼：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 生產和社會生活的正常進行和實現整個國民經濟的現代化具有十分重要的意義。在當今的電力系統中對供配電系統自動化程度要求越來越高，特別是現在供配電系統聯網規模越來越大，基于傳統的繼電器控制存在多種弊端，在供配電系統中引入PLC等基于微電子技術、軟件技術、網絡技術的控制系統勢在必行。這樣的控制系統可靠性高，易于安裝維護，節能，占用空間少，動作迅速。

二、供配電系統中PLC技術簡介

（一）PLC及其網絡被公認為現代工業自動化三大支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之一

它是以單片機為核心，專門用于工業過程自動化控制的新型電腦器件。當今的電力系統中傳統的機械觸點繼電器顯然已不能滿足變電站自動化對繼電保護裝置的要求。因此PLC技術就在供配電系統中得到了寵愛。

（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基礎上于1995年陸續推出的性能價格比較高的PLC系統。其中S7-300由于其系統的優良特性，近年來，被廣泛應用于專用電力自動化、機床、紡織機械、包裝機械、通用機械工程應用、控制系統、電器制造工業及相關產業等諸多領域。

S7-300提供了多種性能遞增的CPU和豐富的且帶有許多方便功能的I/O擴展模塊，各種功能模塊可以非常好地滿足和適應自動控制任務，使用戶可以完全根據實際應用選擇合適的模塊，而且當控制任務增加并且愈加復雜時，可隨時附加模塊對PLC進行擴展，系統擴展靈活。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開辟了全新的應用領域。

（1）浮點數運算：用此功能可以有效地實現更為復雜的算術運算。

（2）方便用戶的參數賦值：一個帶標準用戶接口的軟件工具可以給所有模塊進行參數賦值。

2．人機界面(HMI)。方便的人機界面服務已經集成在S7-300操作系統內，因此人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面(HMI)從S7-300中取得數據，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數據。S7-300操作系統是自動地處理數據傳送的。

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

4．口令保護。多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密，防止未經允許的復制和修改。S7-300的操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，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技術在供配電系統中的應用

可編程控制器(PLC)是一種新型微電腦式配電控制器。其主要特點是用內部已定義的各種輔助繼電器（每個PLC可有多達上千個內部繼電器）代替傳統的機械觸點繼電器，又通過軟件編程方式用內部邏輯關系代替實際的硬件連接線。正因為這一特點，如果將PLC引入繼電保護裝置中，一方面可以克服使用傳統繼電器所帶來的種種弊端；另一方面，又可兼容基于傳統繼電器的設計思想和技術方案，尤其是對于邏輯關系較為復雜的觸點信號處理及操作出口控制，采用PLC編程能使方案設計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程序設計。

多功能繼電器組成的功能框圖如下圖所示。從圖中可看出，這基本上與微機保護典型圖相同，稍有區別的是，該裝置將通常的計算機繼電器邏輯電路分解成保護功能繼電器組和PLC，2個部分。根據不同保護對象（主變壓器差動保護、母線保護、電容器保護、線路保護等），由不同保護功能繼電器群組合，使裝置分成若干個標準型號，其中所有的單個功能元件均遵循正邏輯法則，在PLC中定義動作節點。例如，一個過電壓元件動作，在PLC中就有一個相應的常開節點閉合(0→1)，而一個失壓元件動作，反映在PLC中也是一個相應的常開節點閉合(0→1)。PLC編程使用的是與傳統二次電路圖最相似的梯形圖法，存放程序的EEPROM為外插接式，便于隨時修改設計方案。

需要說明的是，PLC中的保護功能繼電器F561、F562節點動作值以及時間繼電器T1、T2、T3和內部開關KP1，均可通過手持編程器在系統運行時進行整定設置；開關量信號輸入節點I2、I3的狀態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，運行人員只需通過合上相應的連接片就可決定負荷是接入低頻基本段還是低頻后備段。用PLC內部開關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，傳統繼電器的動作時間和返回系數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中的程序是循環執行的，每2次執行之間的時間間隔（循環周期），由整個裝置從采樣到濾波到數據處理等各環節的時序配合決定（SEPAM裝置為13.3ms），但程序本身執行1次的時間以微秒計，是完全可以忽略的。顯然，如果在梯形圖中將繼電器節點放在相應線圈的后面，節點動作時間可理想化地認為是零。這一點也是使復雜的低頻減載功能得以簡單實現的重要因素。

內置PLC的繼電保護裝置在變電站的設計安裝調試過程及隨后1a多的運行情況表明：PLC所具有的高度靈活性能為及時解決調試過程中出現的問題提供最佳方案；PLC的運行穩定性和動作準確性高，使繼電保護更可靠；PLC編程技術容易掌握，而程序本身與傳統的繼電保護設計圖十分吻合，使設計人員能充分發揮專長；應用PLC的繼電保護設備更加標準化，選型和使用方便。

四、結束語

隨著全社會對機械自動化程度要求的不斷提高，各種智能型的系統設備也不斷出現，而電力企業中供配電系統是一切自動化系統設備的基礎。因此采用PLC總線的智能型供配電系統，符合未來供配電系統的發展方向！