電力系統電氣工程自動化中PLC 自動控制技術的應用實踐

馬 源，鞏冬梅，張祎瑋

（1.國網北京海淀供電公司，北京 100086；2.國網冀北電力有限公司營銷服務中心，北京 100000；3.國網北京海淀供電公司配電站，北京 100086）

1 PLC 技術的主要內容及其應用優勢

1.1 PLC 技術在電力系統中的主要應用模式

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC） 從字面上理解是邏輯控制器，就是將以前通過繼電器電路實現的設備功能，通過人為編寫完成設備的程序并下載到PLC 中，由PLC 來實現設計的功能要求[1]。

具體落實到PLC 在電力系統中的應用模式，其按照功能進行區分，大致可以分為如下5 個方面。一是開關量控制：PLC 的開關量控制主要是針對液位、壓力等一些開關量的控制，可以通過梯形圖的方式進行編程，實現對電路的控制；二是位置控制：位置控制是PLC 自動控制技術的重要組成部分，可以通過對位置的精確控制，實現對電機、液壓缸等設備的精準控制；三是模擬量控制：模擬量控制主要是針對溫度、濕度等一些模擬量的控制，PLC 可以通過對模擬量的測量和控制，實現對工業現場的精準控制；四是集中控制：PLC 自動控制技術也可以通過集中的方式進行控制，將多個設備的工作狀態進行收集，并通過中央處理器進行統一的控制，實現對工業現場的全面控制；五是智能控制：PLC 自動控制技術還可以通過智能化的方式進行控制，例如模糊控制、神經網絡控制等，實現對工業現場的智能控制。

1.2 PLC 技術在電力系統電氣工程自動化應用中的優勢分析

PLC 自動控制技術在電力系統電氣工程自動化中的應用，主要是通過將電氣工程自動化系統與PLC 技術進行融合，以提高電力系統的控制效率，優化電力系統的工作性能[2]。具體包括如下4 個方面。一是提高數據處理效率：PLC 自動控制技術具有強大的數據處理能力，可以快速地處理電力系統中的大量數據，如對數據進行采集、整理、分析等，從而為電力系統的決策提供科學依據；二是提高控制精度：PLC 自動控制技術的應用可以實現對電力系統電氣工程自動化的精準控制，通過編寫特定的控制程序，PLC 可以根據電力系統的實際運行情況，對電力系統中的各個設備進行精確控制，從而提高了電力系統的穩定性和可靠性；三是提高生產效率：將PLC 自動控制技術應用于電力系統電氣工程自動化中，可以實現電力系統的自動化生產。通過PLC 的邏輯控制功能，可以實現對電力系統中各個設備的自動化操作，減少了人工干預的必要性，從而提高了電力系統的生產效率；四是提高故障排除能力：PLC 自動控制技術在電力系統電氣工程自動化中的應用，還可以提高電力系統的故障排除能力，從而為電力系統的維護和檢修提供了便利。

2 PLC 技術在電力系統電氣工程自動化應用中的總體設計

基于PLC 的電力系統自動化設計，需要考慮明確設計需求、選擇確定PLC、編寫程序、連接設備和調試優化等方面。在總體設計過程中，需要結合實際應用場景和需求，選擇適合的技術和設備，并且注意各個方面的協調和配合。總體設計主要包括如下5 個方面。

2.1 明確設計需求

在基于PLC 的電力系統自動化設計中，首先需要明確設計需求。設計需求包括控制精度、數據處理效率、設備連接方式、故障排除能力等方面。根據實際應用場景和需求，需要制定詳細的設計計劃，包括控制方式、程序編寫、設備選型、調試步驟等[3]。

2.2 選擇確定PLC

選擇確定適合的PLC 是電力系統自動化設計的重要環節。需要根據設計需求和PLC 的性能要求，選擇具有合適I/O 點數和內存容量的PLC。此外，還需要考慮PLC 的端口設置和通信協議，以便與電力系統中的各個設備進行通信。

2.3 編寫程序

為PLC 編寫程序是電力系統自動化設計的核心環節。需要根據控制需求和實際應用場景，選擇合適的編程語言和算法。常用的PLC 編程語言有梯形圖（Ladder Diagram）、功能塊圖（Function Block Diagram）、結構化文本（Structured Text）等[4]。在編寫程序的過程中，需要注意程序的可靠性和可維護性，以確保系統的穩定性和安全性。

2.4 連接設備

將電力系統中的各個設備與PLC 連接起來，并進行必要的參數設置和調試。連接方式有有線和無線兩種，其中，有線連接方式較為穩定，但需要布線和配置；無線連接方式不需要布線，但需要選擇適合的無線模塊和協議，并進行相關的配置和調試，并保證數據傳輸的穩定性和安全性。

2.5 調試優化

完成設備連接后，需要進行系統調試，檢查控制精度、穩定性等方面是否符合設計要求。在調試過程中，需要檢查PLC 程序中的邏輯錯誤問題、設備連接問題、通信問題等方面的問題。如果存在問題，需要進行優化調整，直到滿足設計要求為止。此外，還需要定期進行維護和改進，以確保系統的穩定性和可靠性，并進行必要的功能擴展或升級。

3 PLC 技術在電力系統電氣工程自動化應用中的重點功能技術實現

PLC 技術在電力系統自動化中的應用與開發集中在PLC 的選擇確定、自動化程序的編寫以及設備的鏈接方式3 個方面，具體的實現方式如下。

3.1 PLC 的選擇確定

PLC 的選擇首先要考慮控制需求，包括控制精度、速度、可靠性等方面的要求[5]。對于要求高速、高精度、高可靠性的場合，需要選擇高性能的PLC；對于控制點較少、要求較低的場合，可以選擇價格較低、結構簡單的PLC。在電力系統應用中，PLC 的主要參數及其選擇原則與方式見表1。

表1 電力系統應用中PLC 的主要參數及其選擇原則與方式

3.2 自動化程序的編寫

在確定了PLC 后，需要根據具體的功能需求對其進行程序的編寫。在電力自動化應用中編寫PLC程序，需要按照一定的步驟進行：首先，需要明確程序的設計要求，包括完整的注釋、精良的架構、良好的可擴展性、完備的報警保護系統、運行前的模擬系統等，以保證程序的穩定性和可靠性；其次，需要繪制程序流程圖，包括主程序、停止程序、急停程序、復位程序等部分，確保程序流程圖正確，以便后續編程；最后，在確定程序流程圖無誤之后，便可以在編程軟件中編寫程序。

在編寫程序時，需要注意以下5 個方面。一是程序結構：PLC 程序可以采用順序結構、循環結構、條件結構等不同的程序結構方式，根據實際情況選擇合適的程序結構方式，以提高程序的執行效率和可讀性；二是變量定義：在編寫程序之前，需要對所需的變量進行定義，包括輸入變量、輸出變量、狀態變量等，變量的定義應該清晰明了，方便后續編程和維護；三是指令選擇：PLC 編程支持多種指令，包括邏輯指令、算術指令、比較指令、移位指令等，在編寫程序時，需要根據實際情況選擇合適的指令，以滿足控制要求；四是程序注釋：在編寫程序時，需要對程序進行注釋，以便后續維護和調試，注釋應該清晰明了，包括程序的功能、參數含義、注意事項等；五是程序調試：在編寫完程序之后，需要進行調試，可以先進行模擬調試，即在計算機上模擬現場環境進行調試，模擬調試通過后，再進行現場調試，對程序進行實際運行測試。

以三相異步電動機啟停控制為例，對其結構控制具體介紹如下：首先，需要對變量進行定義，由于其電流為控制的核心參數，故而設計兩組變量，即LD Y0（輸出變量，控制電動機的啟動和停止）和OUT Y0（輸出到PLC 的輸出端口）；其次，在變量的基礎上，需要對主程序進行編寫，其中主程序包括LD X0（輸入變量，觸發電動機啟動）、AN X1（判斷是否滿足條件，即電動機是否已經停止）、AN M0（判斷是否滿足條件，即電動機是否處于故障狀態）、AN X2（判斷是否滿足條件，即電動機是否處于熱保護狀態）、M1-4 端口（判斷電動機運轉狀態）、M5-40 端口（判斷電動機轉速狀態）。圖1 為基于PLC 的三相異步電動機啟停控制電路示意圖。

圖1 基于PLC 的三相異步電動機啟停控制電路示意圖

3.3 設備的鏈接方式

在完成程序編寫后，需要通過有效的鏈接方式對其電路進行實現。在PLC 的鏈接方式主要包括了主令電器鏈接、輸出設備鏈接以及負載鏈接，其中，主令電器鏈接負責接收指令實現自動控制；輸出設備鏈接負責完成對繼電器的控制從而實現對電路的自動化管理；負載鏈接負責檢測設備運行狀態并向上位機進行數據反饋[6]。

4 結束語

在本文的研究中，首先利用PLC 技術進行了系統描述，重點分析了其在電力系統中的應用模式與可能，認為在電力系統中引入PLC 技術可以有效提高數據處理效率、控制精度、生產效率等指標，具有比較優勢；其次總結了PLC 在電力系統中應用的總體設計步驟、內容與原則，分析了設計需求與調試優化環節的成熟性；最后重點對PLC 的選擇確定、自動化程序的編寫以及設備的鏈接方式3 個方面的技術應用進行了探討與展示。希望通過本文的研究能夠為后續技術推廣提供指導。