基于控制的工厂供电自动化系统研究
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【摘 要】随着控制技术与电子计算机技术的不断发展，PLC的应用范围越来越广泛。PLC全称Programmable LogicController，中文名称为可编程逻辑控制器，具有维护方便、安全可靠、操作简单等方面的优点。本文从工业企业发展需求的角度出发，结合工厂对于供电系统的具体要求，对工厂供电自动化的必要性进行了分析。提出了一套完整的基于PLC控制的工厂供电自动化系统解决方案，同时也详细介绍了该方案的实现方法。
【关键词】自动化；工厂供电；PLC
PLC是继电器控制技术与计算技术相结合的产物，这种可编程的逻辑控制器有效消除了传统控制器灵活性差、能耗高、可靠性低以及接线复杂等方面的问题。PLC在我国工业领域已经得到了广泛的应用，大幅提高了工业自动控制系统的运行效率与稳定性水平。尤其是在供电系统方面采用PLC技术，能够有效帮助小型工厂强化供电系统自动化控制能力，进而实现供电控制的智能化。
一、PLC技术概述
（一）PLC系统介绍
运行状态下的PLC表现为三个不同的工作阶段，即输出刷新阶段、程序执行阶段以及输入采样阶段。PLC在输入采样阶段可以对所输入的全部数据与状态信息进行依次扫描，并将扫描结果储存在输入映像区，刷新输入影响区寄存器；PLC进入程序执行阶段后开始对I/O映像区进行扫描，对相关的数据信息进行处理与运算，得出程序执行结并将其传送至映像区寄存器；PLC在进行输出刷新阶段后，来自于输出映像区的信息会被传送至输出锁存器，使用户设备得到有效的驱动。
（二）PLC系统特点
在工厂供电系统中应用PLC技术，能够体现出以下优势：（1）编程简单。PLC编辑所使用的梯形图语言易于掌握、易于学习。编程语言中的符号和指令采用与传统断电器相类似的表达方式，技术人员很容易在现有技术的基础上解理编程语言；（2）控制系统的维修、高度、安装与设计十分方便。相比于继电器控制系统来说，PLC不需要计数器、时间继电器、中间继电器等元件，仅通过软件就能够对供电系统进行控制[1]。另外，PLC出现故障的概率明显较低，其中所内置的诊断功能十分完善，在PLC执行结构或外部输出装置发生故障的情况下，技术人员能够利用提示信息，在较短时间内查明原因，进行维修并排除故障；（3）功耗低、质量小、体积小。基于半导体集成电路的PLC本身就具有功耗低、重量轻、体积小等方面的优势，并且结构设计十分紧凑，便于在机械内部进行安装，是推动机电一体化的重要手段之一。
二、PLC在工厂供电自动化系统中的应用
工厂供电自动化系统普遍类似于变电站自动化系统。变电站自动化系统包括通信电缆、真空断路器、线路、远方终端单元以及主站五个部分。其中设置于变电现场的远方终端单元能够自动采集各种模拟量与开关状态量，经过专用通道上传至主站系统。
（一）开关量控制
1.断路器控制
PLC技术的快速普及与广泛应用，使得继电元件被软件继电器所取代，实现了控制系统可靠性的大幅提升。操作人员只需要对PLC控制器进行简单的操作就能够执行诸如合闸、分闸等操作，系统也能够依照当前的运行情况进行自动化的动作调整。另外，在出现系统故障的情况下，PLC控制系统会发出指令自动跳闸，同时向技术人员传达警报。PLC控制系统所需要的二次接线也相对较少，避免出现严重的接线失误现象，降低了检修与维护工作的压力。
2.备自投控制
备用电源自动投入装置能够有效维持供电系统的可靠性，这也是该装置的主要功能，普遍适用于大型企业的供电系统控制。采用PLC技术对备自投装置进行控制，能够以更加自动化的方式抵抗来自各种外部因素的干扰，具有接线方便、操作简单、可靠性高等方面的优点[2]。
（二）远方终端单元的PLC控制
采用PLC技术对远方终端单元进行控制，能够使该元件的应用性能最大程度上发挥出来。当前我国市面上的PLC产品普遍具备通信、时间、模拟采样输入以及离散点输入和输出等功能，以上功能能够帮助远方终端单元进一步提升自动化水平。其中，PLC的离散输入与输出能够实现遥信、遥控等功能，借助PLC的模拟采集输入与通信功能能够实现遥测以及主要通信等功能。
（三）安全回路的PLC控制
工厂供电系统主要采用以下几种泵类自动化启动方式，即自动启动、机旁屏手动启动和控制箱手动启动。在某一类泵需要启动的情况下，PLC顺控模块根据所有泵所累积的运时间确定主备用泵。PLC控制模式和常规控制模式是两种最常见的泵类控制手段。对于PLC系统来说，常规控制是重要的完善与补充手段，在PLC系统出现短暂故障与错误的情况下，仍然可以通过常规控制进行保持运行状态，并建立一个安全回路，使工程系统能够断续维持稳定的运行状态。
三、PLC方案的实施
在对PLC方案进行具体设计的过程中，需要重点考虑到以下几方面的操作：
（1）获取操作点数。明确需要进遥调、遥测、遥信以及遥控的系统设备，对每一个信号的具体点数进行控制；（2）确定通信方案。依照工厂供电分布和规模的情况，输出完整的设计方案；（3）选择PLC型号。依照现行的通信方案以及每一项操作的点数，对所需要的PLC型号进行有针对性的选择并实现工厂供电系统的自动化控制[3]。由于远方终端单元所接收到的指令来自于监控中心，同时也需要上传开关柜与低压配电环节信息。因此，在对PLC型号进行选择时，需要重点考虑到通信方面的需求。由于各开关柜与开关房的操作点数与操作类型之间存在着很大的差异，所选用的PLC还应具备组态能力与模块化结构，同时也需要考虑PLC是否能够经济、灵活地组成测量点、输出点、调节点与输入点的规模可变系统。
四、针对PLC控制系统的可靠性设计
PLC技术应用中普遍存在的漏电流问题，本次研究为了降低输入阻抗，将一个泻放电阻并联于PLC相应输入端，设计结果如图5-1、5-2所示。
泻放电阻的功率和阻值可采用以下计算方法。
上式将泻放电阻功率记为W；将泻放电阻值记为R，将设备漏电流记为I。
五、数据采集模块设计
本次研究建立如图6-1所示的数据采集模块电路，每个模块均设置有8个测量通道和1个校零通道。PLC的P14～P17分别对三片模拟开关进行控制，对所选择的传感器测量电路进行放大处理。
六、采集模块软件设计
本次研究建立了一套如图7-1所示的模块内主程序流程图。PLC在上电复位后进入初始化操作：设置堆栈、变量置初值、置INTO为下降沿触发并开中断以等待ADC转换结束。再确认校零通道，待完成ADC转换后，通过中断程序完成ADC数据读取操作，突出INT0中断，完成第一位数据的读取后，于定时器0中。
七、结束语
PLC是一项十分重要的工程自动化控制元件，是基于计算机技术的自动化控制载体，具有耗能低、功能齐全、易于编程以及稳定性高等方面的优点，在自动化工厂供电系统中得到了十分广泛的应用。同时，随着PLC技术与计算技术的不断发展，PLC系统所具备的功能开始朝向多元化的方向发展，发展前景十分看好。该技术即能够有效推动工业的自动化发展，也能够进一步发挥工业企业的经济效益和社会效益，相关的技术与应用方法还需要进行更深层次的研究。
【参考文献】
[1]何野，孙立威.PLC在工厂供电自動化系统中的应用探析[J].计算机产品与流通，2017（08）：251.
[2]晁坤，赵广达. HND供电自动化系统在工厂中的应用[A]. 山东省煤炭学会.山东省煤炭学会2006年年会论文集[C].山东省煤炭学会，2006：2.
[3]尹玉杰，李翊峰.变电站综合自动化系统在工厂供电中的应用[J].有色金属加工，2000（01）：16-19.