基于PLC的电力系统自动化设计探析

南阳飞龙电力集团有限公司 高艳荣

1 引言

设计电力系统自动化装置时，始终坚持科学化、规范化等基本原则，提高对自动化设计工作的重视程度。及时明确PLC 在电力系统自动化设计过程的重要意义，了解基于PLC 的电力系统自动化硬件设计及软件设计内容，全面掌握电力系统自动化设计要点，从而增强PLC 在自动化设计过程的运用效果，实现提高自动化操控水平及综合能力的双重目标。

2 基于PLC 的电力系统自动化设计的现实意义

2.1 有效增大电力系统自动化设备的存储量

PLC 作为计算机技术中的一项主要技术，在其编制过程中具有独立存储器，具有很强的存储功能。电力系统自动化设计中通过运用PLC，不但能够实现对系统数据信息的实时存储，而且能够依据用户个性化需求对相应信息进行快速、高效地记录和存储，可以为设备故障提供完整、有效的数据参考，为电力系统自动化设备检修工作提供参考数值，增大了电力系统自动化设备的存储量[1]。

2.2 促使电力系统向智能化方向发展

传统的电力系统设备运行过程中，因为未引入PLC 这一技术，工作效率低、设备发生故障的概率高、智能化水平不高，现如今，将PLC 运用于电力系统设备运行中，切实做到了自动化操控，使得PLC 在行业领域内得到广泛运用。以PLC 技术为核心，坚持科学化监管，充分利用PLC 技术对系统、设备产生的数据进行实时记录、实时分析及整合，确保了故障问题处理的及时性，更好地保证了系统数据传输的准确性。

3 基于PLC 的电力系统自动化设计重点

3.1 基于PLC 的电力系统硬件设计

设计电力自动化硬件系统时，需对自动化控制系统应用的功能需求进行分析，秉承科学化、实用性等基本原则，强化自动化系统的硬件结构设计。将供电区域以模块形式划分为多个供电单元，以PLC 为核心[2]。运用传感器采集电力信号，便于对电力输入系统信息进行实时监测及控制，设计人员将上位机与PLC 一起接入供电网内部，进行有效的地址配对，这种设计可以为电力系统工作人员提供参考数据。借助虚拟网络对各个电力设施设备进行远程控制，同时可以对相应供电体系进行整体操控。远程移动通讯设施与电力设备一起接入自动化控制装置上，依托自动化装置进行无线访问操作，通过通信服务功能对电力系统进行实时预警和维护。

输入电路设计：供电电源为AC85-240V，为提高输入电路的抗干扰功能，及时加设隔离变压器、电源滤波器等净化元件，将线圈屏蔽层接入PLC 输入电路接大地，采取双层隔离措施提高其抗干扰性能。

输出电路设计：严格按照标准化流程操作，采用晶体管输出方式启动和停止各种变频器、数字直流调速器、指示灯[3]。以高频动作确保系统响应时间较短，以简单化的输出电路，增强整个自动化系统的负载能力。当直流感性负载时应及时接入续流二极管；交流感性负载时并接浪涌吸收电路，保护PLC 控制系统的安全性、可靠性。基于PLC 的电力系统自动化输入电路设计过程如图1所示。

图1 基于PLC 的电力系统自动化输入电路设计过程

3.2 基于PLC 的中央处理器设计

设计中央处理器之前先考虑其功能：接收与存储用户由编程器送入的程序及数据信息；检查编程环节语法方面的错误，诊断PLC 运行中的故障；以扫描形式工作，同时接收来自现场的输入信号，并将其快速输入至数据存储器；执行用户程序，完成用户程序规定的运算、数据处理等相应操作；依据运算结果刷新输出映像系统内容，由输出部件实现打印制表、数据通信等多项功能。

设计中央处理器时，第一步：考虑PLC 系统选型，以自动化技术运用需求为主要考虑，在软件实际设计要求基础上，及时明确中央处理器的性价比，出于运行可靠性考虑，选用S7-300的中央处理器，内置80kRAM 和20kBEEPROM，数据处理中通过加入1024个处理点数模拟128个I/O 通道；第二步：将该处理器与以太网络连接起来，形成自动化切换双加工模式，运用中央处理器进行编程操作，可以达到4倍频处理效果[4]。

3.3 基于PLC 的电力系统自动化软件设计

3.3.1 基于PLC 的自动化采集模块设计

自动化采集模块设计中，运用AD603芯片，同时借助PLC 系统设计自动化采集模块的编程及加工。电力设备采集信息时，先全面分析电力设备有关信息的状态，以此确定运行状态下的配置节点，依据信息采集情况确定故障区域，然后记录故障信息，设备待机状态下，运用PLC 改进模块采集系统，完成初始化设计。

3.3.2 基于PLC 的自动化控制数据库设计

设计人员依据自动化采集模块提供的设备登录名称、设备类型、运行状态、设备型号、故障信息、检修信息、耗电量等数据，开展系统登录信息整合活动，对这些数据进行综合化处理，使其成为自动化系统的初始化信息，这样设计可以缩短排查电力系统故障的时间，尽可能地降低电力设备自动化故障发生概率[5]。

4 基于PLC 的电力系统自动化设计细节

4.1 确定自动化系统的规模

设计人员依据生产工艺流程确定自动化系统规模大小，同时将其分为大、中、小这三种规模，大规模自动化系统：生产过程是大规模控制、自动化网络控制、DCS 系统，选用具备智能控制、中断控制、函数运算、数据库、通讯联网等功能的SIEMENS S7-400；中规模自动化系统：生产过程涉及逻辑控制和闭环控制这两个方面，选用具有模拟量控制功能的SIEMENS S7-300；小规模自动化系统：生产过程是条件控制、顺序控制，以开关量为主，选用SIEMENS S7-200。

4.2 确定自动化系统模拟量类型

PLC 处理模拟量的过程为：传感器采样-变送器和A/D 转换器量化-PLC 处理-D/A 转换器模化-输出至执行器，PLC 控制模拟量系统特点表现为：以增加A/D 转换位数的方式提高控制精度；为避免信号失真，需及时调整采样频率；PLC 的采样、量化、模化、输出等过程都具有较高的准确性、快速性、稳定性；PLC 自动化系统具有抗干扰能力强的优势。设计人员根据被控对象复杂程度，及时统计电力系统模拟量、数字量，估计内存容量，及时了解软硬件资源的余量，根据PLC 输出端所带负载、动作频率确定输出方式，保证自动化系统稳定运行。

4.3 电力设备耗电量计算和程序误差设计

计算耗电量是电力系统自动化设计过程的关键任务，对电力设备耗电量的计算关乎电力系统运行状态。利用PLC 对电力设备耗电量进行自动化计算，由此获得电量额定值，有效调整实际耗电量，实现对电力系统设备的自动化操控。系统程序误差消除设计环节，以降低设备消耗值为主要目标，需要借助专业技术进行误差处理，及时关注耗电量偏高问题，认真分析电力设备与自动化系统间的抗震效应，及时了解抗震电压增加后引起的谐振补偿误差，将电力系统自动化运行中的误差降至最小，切实发挥自动化控制误差的功能。

4.4 确定PLC 的编程工具

PLC 的编程有手持编程器编程、图形编程器编程、计算机软件编程这三种方式，手持编程器编程常用于用量小、系统容量小的情况中，具有明显的易于调试的优势；图形编程器编程采用梯形图编程，这种编程器价格较高，常用于中档PLC 及微型PLC；计算机软件编程的特点为价格高、效率高、开发价格昂贵。

5 基于PLC 的电力系统自动化设计测试及控制方式

5.1 基于PLC 的电力系统自动化设计测试

对电力系统进行自动化设计后，为保证其最佳的使用效果，及时进行测试，做好相应系统的测试及硬件调试工作，首先：对芯片进行调试，严格按照规范化流程安装芯片后进行电能测试，接口指示灯均亮起，这表明各个接口可以正常投入使用；然后：对芯片进行试运行，将电力设备信号及时传送至自动化采集模块中，保证硬件系统可以正常使用；接着：安装中央处理器之后，及时处理中央处理器数据，额定电压一定的前提下，分析自动化控制装置是否具备4倍频处理功能，这个标准作为中央处理器调试效果的判断依据。登录自动化系统输入用户名和密码后直接跳至自动化操作界面，经过相关调试，软件系统处于正常运作状态，如输入用户名和密码后退出界面，系统显示重新进入，表明软硬件系统调试异常。

5.2 基于PLC 的电力系统自动化控制方式

5.2.1 顺序化控制

电力系统自动化控制中，顺序化控制是最典型的一种方式，将PLC 应用于电力设备顺序化控制过程中，有效降低设备损耗和能源损耗，确保电力系统自动化装置可以安全运行。顺序化控制在PLC 运作环节的作用不可小觑，将PLC 与顺序化控制深度融合，使其具有较高的应用价值，尽可能地提高电力系统自动化运作水平。

5.2.2 分散性控制

分散性控制是电力系统自动化设计中需要考虑的一个重点方向，是由分散控制构成的PLC 控制装置。为提高自动化设计效果，及时分析电力信号对自动化设计产生的影响，并积极掌握PLC 自动化设计要点，实现对电力设备的灵活性操控，提高其分散性控制能力。

5.2.3 闭环式控制

闭环式控制现阶段在电力系统自动化改革中得到广泛运用，泵类电机是闭环式控制的一种目标，常见的方式有机旁手启动、现场控制启动等，不同类型电机的控制方式呈现自动保护、针对性等特点，目前在电力系统自动化设计工作中具有重要作用。

6 基于PLC 的电力系统自动化设计的发展前景

6.1 精简化

电力设备内部结构不断简化，其功能性随之增强，零件数量减少，内部结构在优化，自动化装置运行过程中产生的能源消耗成为设计人员关注的对象，确保软硬件系统设计效果的前提下，尽可能简化电力设备信号分析及处理过程。

6.2 创新化

创新是提高电力设备自动化水平的关键，互联网背景下，设计人员及时借助网络系统、互联网技术开展PLC 设计及运行过程探讨活动。以改进电力设备自动化运作为主要形式，积极运用PLC，强化创新设计在自动化装置运行过程的实践效果。

6.3 智能化

智能化是电力设备自动化创新中的一大突破，设计目标是，促进电力系统自动化装置的智能化发展。网络时代下，信息技术、互联网技术飞速发展，这成为电力系统自动化设计中的主要技术支撑，利用PLC先进技术代替人工操作，大大降低设备故障频率。

7 结语

PLC 为电力系统自动化运作明确了方向，为实现提高PLC 技术及自动化操控水平的双目标，必须明确PLC 在电力系统自动化设计过程运用的重要意义，及时了解电力系统自动化硬件设计及软件设计重点。强化自动化功能测试，全面掌握电力系统自动化控制方式：顺序化控制、分散性控制、闭环式控制，以便深化PLC 在电力系统自动化设计中的运用。