基于PLC控制的工廠供電自動化系統研究

甘二龍

【摘 要】隨著控制技術與電子計算機技術的不斷發展，PLC的應用范圍越來越廣泛。PLC全稱Programmable LogicController，中文名稱為可編程邏輯控制器，具有維護方便、安全可靠、操作簡單等方面的優點。本文從工業企業發展需求的角度出發，結合工廠對于供電系統的具體要求，對工廠供電自動化的必要性進行了分析。提出了一套完整的基于PLC控制的工廠供電自動化系統解決方案，同時也詳細介紹了該方案的實現方法。

【關鍵詞】自動化；工廠供電；PLC

PLC是繼電器控制技術與計算技術相結合的產物，這種可編程的邏輯控制器有效消除了傳統控制器靈活性差、能耗高、可靠性低以及接線復雜等方面的問題。PLC在我國工業領域已經得到了廣泛的應用，大幅提高了工業自動控制系統的運行效率與穩定性水平。尤其是在供電系統方面采用PLC技術，能夠有效幫助小型工廠強化供電系統自動化控制能力，進而實現供電控制的智能化。

一、PLC技術概述

（一）PLC系統介紹

運行狀態下的PLC表現為三個不同的工作階段，即輸出刷新階段、程序執行階段以及輸入采樣階段。PLC在輸入采樣階段可以對所輸入的全部數據與狀態信息進行依次掃描，并將掃描結果儲存在輸入映像區，刷新輸入影響區寄存器；PLC進入程序執行階段后開始對I/O映像區進行掃描，對相關的數據信息進行處理與運算，得出程序執行結并將其傳送至映像區寄存器；PLC在進行輸出刷新階段后，來自于輸出映像區的信息會被傳送至輸出鎖存器，使用戶設備得到有效的驅動。

（二）PLC系統特點

在工廠供電系統中應用PLC技術，能夠體現出以下優勢：（1）編程簡單。PLC編輯所使用的梯形圖語言易于掌握、易于學習。編程語言中的符號和指令采用與傳統斷電器相類似的表達方式，技術人員很容易在現有技術的基礎上解理編程語言；（2）控制系統的維修、高度、安裝與設計十分方便。相比于繼電器控制系統來說，PLC不需要計數器、時間繼電器、中間繼電器等元件，僅通過軟件就能夠對供電系統進行控制[1]。另外，PLC出現故障的概率明顯較低，其中所內置的診斷功能十分完善，在PLC執行結構或外部輸出裝置發生故障的情況下，技術人員能夠利用提示信息，在較短時間內查明原因，進行維修并排除故障；（3）功耗低、質量小、體積小。基于半導體集成電路的PLC本身就具有功耗低、重量輕、體積小等方面的優勢，并且結構設計十分緊湊，便于在機械內部進行安裝，是推動機電一體化的重要手段之一。

二、PLC在工廠供電自動化系統中的應用

工廠供電自動化系統普遍類似于變電站自動化系統。變電站自動化系統包括通信電纜、真空斷路器、線路、遠方終端單元以及主站五個部分。其中設置于變電現場的遠方終端單元能夠自動采集各種模擬量與開關狀態量，經過專用通道上傳至主站系統。

（一）開關量控制

1.斷路器控制

PLC技術的快速普及與廣泛應用，使得繼電元件被軟件繼電器所取代，實現了控制系統可靠性的大幅提升。操作人員只需要對PLC控制器進行簡單的操作就能夠執行諸如合閘、分閘等操作，系統也能夠依照當前的運行情況進行自動化的動作調整。另外，在出現系統故障的情況下，PLC控制系統會發出指令自動跳閘，同時向技術人員傳達警報。PLC控制系統所需要的二次接線也相對較少，避免出現嚴重的接線失誤現象，降低了檢修與維護工作的壓力。

2.備自投控制

備用電源自動投入裝置能夠有效維持供電系統的可靠性，這也是該裝置的主要功能，普遍適用于大型企業的供電系統控制。采用PLC技術對備自投裝置進行控制，能夠以更加自動化的方式抵抗來自各種外部因素的干擾，具有接線方便、操作簡單、可靠性高等方面的優點[2]。

（二）遠方終端單元的PLC控制

采用PLC技術對遠方終端單元進行控制，能夠使該元件的應用性能最大程度上發揮出來。當前我國市面上的PLC產品普遍具備通信、時間、模擬采樣輸入以及離散點輸入和輸出等功能，以上功能能夠幫助遠方終端單元進一步提升自動化水平。其中，PLC的離散輸入與輸出能夠實現遙信、遙控等功能，借助PLC的模擬采集輸入與通信功能能夠實現遙測以及主要通信等功能。

（三）安全回路的PLC控制

工廠供電系統主要采用以下幾種泵類自動化啟動方式，即自動啟動、機旁屏手動啟動和控制箱手動啟動。在某一類泵需要啟動的情況下，PLC順控模塊根據所有泵所累積的運時間確定主備用泵。PLC控制模式和常規控制模式是兩種最常見的泵類控制手段。對于PLC系統來說，常規控制是重要的完善與補充手段，在PLC系統出現短暫故障與錯誤的情況下，仍然可以通過常規控制進行保持運行狀態，并建立一個安全回路，使工程系統能夠斷續維持穩定的運行狀態。

三、PLC方案的實施

在對PLC方案進行具體設計的過程中，需要重點考慮到以下幾方面的操作：

（1）獲取操作點數。明確需要進遙調、遙測、遙信以及遙控的系統設備，對每一個信號的具體點數進行控制；（2）確定通信方案。依照工廠供電分布和規模的情況，輸出完整的設計方案；（3）選擇PLC型號。依照現行的通信方案以及每一項操作的點數，對所需要的PLC型號進行有針對性的選擇并實現工廠供電系統的自動化控制[3]。由于遠方終端單元所接收到的指令來自于監控中心，同時也需要上傳開關柜與低壓配電環節信息。因此，在對PLC型號進行選擇時，需要重點考慮到通信方面的需求。由于各開關柜與開關房的操作點數與操作類型之間存在著很大的差異，所選用的PLC還應具備組態能力與模塊化結構，同時也需要考慮PLC是否能夠經濟、靈活地組成測量點、輸出點、調節點與輸入點的規模可變系統。

四、針對PLC控制系統的可靠性設計

PLC技術應用中普遍存在的漏電流問題，本次研究為了降低輸入阻抗，將一個瀉放電阻并聯于PLC相應輸入端，設計結果如圖5-1、5-2所示。

瀉放電阻的功率和阻值可采用以下計算方法。

上式將瀉放電阻功率記為W；將瀉放電阻值記為R，將設備漏電流記為I。

五、數據采集模塊設計

本次研究建立如圖6-1所示的數據采集模塊電路，每個模塊均設置有8個測量通道和1個校零通道。PLC的P14～P17分別對三片模擬開關進行控制，對所選擇的傳感器測量電路進行放大處理。

六、采集模塊軟件設計

本次研究建立了一套如圖7-1所示的模塊內主程序流程圖。PLC在上電復位后進入初始化操作：設置堆棧、變量置初值、置INTO為下降沿觸發并開中斷以等待ADC轉換結束。再確認校零通道，待完成ADC轉換后，通過中斷程序完成ADC數據讀取操作，突出INT0中斷，完成第一位數據的讀取后，于定時器0中。

七、結束語

PLC是一項十分重要的工程自動化控制元件，是基于計算機技術的自動化控制載體，具有耗能低、功能齊全、易于編程以及穩定性高等方面的優點，在自動化工廠供電系統中得到了十分廣泛的應用。同時，隨著PLC技術與計算技術的不斷發展，PLC系統所具備的功能開始朝向多元化的方向發展，發展前景十分看好。該技術即能夠有效推動工業的自動化發展，也能夠進一步發揮工業企業的經濟效益和社會效益，相關的技術與應用方法還需要進行更深層次的研究。

【參考文獻】

[1]何野，孫立威.PLC在工廠供電自動化系統中的應用探析[J].計算機產品與流通，2017（08）：251.

[2]晁坤，趙廣達. HND供電自動化系統在工廠中的應用[A]. 山東省煤炭學會.山東省煤炭學會2006年年會論文集[C].山東省煤炭學會，2006：2.

[3]尹玉杰，李翊峰.變電站綜合自動化系統在工廠供電中的應用[J].有色金屬加工，2000（01）：16-19.