漫谈ＰＬＣ技术在供配电系统中的应用

顾毅华

[摘要]供配电技术(Engineering of power and distribution)就是研究电力的供应和分配问题。电力，是现代工业生产的主要能源和动力，是人类现代文明的物质技术基础。没有电力，就没有工业现代化，就没有整个国民经济的现代化。浅要介绍当今供配电系统中的自动化装置PLC，希望对广大电力工作者更加了解该技术起到帮助。

[关键词]供配电系统 自动化装置 PLC

中图分类号：TM7文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0120040－01

一、前言

做好供配电工作，对于保证 企业 生产和社会生活的正常进行和实现整个国民经济的现代化具有十分重要的意义。在当今的电力系统中对供配电系统自动化程度要求越来越高，特别是现在供配电系统联网规模越来越大，基于传统的继电器控制存在多种弊端，在供配电系统中引入PLC等基于微电子技术、软件技术、网络技术的控制系统势在必行。这样的控制系统可靠性高，易于安装维护，节能，占用空间少，动作迅速。

二、供配电系统中PLC技术简介

（一）PLC及其网络被公认为现代工业自动化三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一

它是以单片机为核心，专门用于工业过程自动化控制的新型电脑器件。当今的电力系统中传统的机械触点继电器显然已不能满足变电站自动化对继电保护装置的要求。因此PLC技术就在供配电系统中得到了宠爱。

（二）常用的SIMATIC S7-300系列

SIMATIC S7系列PLC是德国西门子公司在S5系列PLC基础上于1995年陆续推出的性能价格比较高的PLC系统。其中S7-300由于其系统的优良特性，近年来，被广泛应用于专用电力自动化、机床、纺织机械、包装机械、通用机械工程应用、控制系统、电器制造工业及相关产业等诸多领域。

S7-300提供了多种性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块，各种功能模块可以非常好地满足和适应自动控制任务，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块，而且当控制任务增加并且愈加复杂时，可随时附加模块对PLC进行扩展，系统扩展灵活。其主要功能如下：

1．高速的指令处理。0.1-0.6μs的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。

（1）浮点数运算：用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算。

（2）方便用户的参数赋值：一个带标准用户接口的软件工具可以给所有模块进行参数赋值。

2．人机界面(HMI)。方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，因此人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面(HMI)从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统是自动地处理数据传送的。

3．诊断功能。CPU的智能化的诊断系统可连续监控系统的功能是否正常，记录错误和特殊系统事件（例如超时、模块更换等）。

4．口令保护。多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。S7-300的操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。这样就防止非法删除或改写用户程序。

三、PLC技术在供配电系统中的应用

可编程控制器(PLC)是一种新型微电脑式配电控制器。其主要特点是用内部已定义的各种辅助继电器（每个PLC可有多达上千个内部继电器）代替传统的机械触点继电器，又通过软件编程方式用内部逻辑关系代替实际的硬件连接线。正因为这一特点，如果将PLC引入继电保护装置中，一方面可以克服使用传统继电器所带来的种种弊端；另一方面，又可兼容基于传统继电器的设计思想和技术方案，尤其是对于逻辑关系较为复杂的触点信号处理及操作出口控制，采用PLC编程能使方案设计工作变得更加简单方便，下面介绍低频减载和备用电源自动投入的PLC程序设计。

多功能继电器组成的功能框图如下图所示。从图中可看出，这基本上与微机保护典型图相同，稍有区别的是，该装置将通常的计算机继电器逻辑电路分解成保护功能继电器组和PLC，2个部分。根据不同保护对象（主变压器差动保护、母线保护、电容器保护、线路保护等），由不同保护功能继电器群组合，使装置分成若干个标准型号，其中所有的单个功能元件均遵循正逻辑法则，在PLC中定义动作节点。例如，一个过电压元件动作，在PLC中就有一个相应的常开节点闭合(0→1)，而一个失压元件动作，反映在PLC中也是一个相应的常开节点闭合(0→1)。PLC编程使用的是与传统二次电路图最相似的梯形图法，存放程序的EEPROM为外插接式，便于随时修改设计方案。

需要说明的是，PLC中的保护功能继电器F561、F562节点动作值以及时间继电器T1、T2、T3和内部开关KP1，均可通过手持编程器在系统运行时进行整定设置；开关量信号输入节点I2、I3的状态仅取决于装置的信号输入接口与电源小母线之间的连接片是否连通，运行人员只需通过合上相应的连接片就可决定负荷是接入低频基本段还是低频后备段。用PLC内部开关代替外部连接片具有同样效果，采用外部连接片仅仅是为直观起见。

在编制低频减载程序时，传统继电器的动作时间和返回系数概念在梯形图中被理想化了，之所以能这么处理，主要得益于PLC的微电脑属性。PLC中的程序是循环执行的，每2次执行之间的时间间隔（循环周期），由整个装置从采样到滤波到数据处理等各环节的时序配合决定（SEPAM装置为13.3ms），但程序本身执行1次的时间以微秒计，是完全可以忽略的。显然，如果在梯形图中将继电器节点放在相应线圈的后面，节点动作时间可理想化地认为是零。这一点也是使复杂的低频减载功能得以简单实现的重要因素。

内置PLC的继电保护装置在变电站的设计安装调试过程及随后1a多的运行情况表明：PLC所具有的高度灵活性能为及时解决调试过程中出现的问题提供最佳方案；PLC的运行稳定性和动作准确性高，使继电保护更可靠；PLC编程技术容易掌握，而程序本身与传统的继电保护设计图十分吻合，使设计人员能充分发挥专长；应用PLC的继电保护设备更加标准化，选型和使用方便。

四、结束语

随着全社会对机械自动化程度要求的不断提高，各种智能型的系统设备也不断出现，而电力企业中供配电系统是一切自动化系统设备的基础。因此采用PLC总线的智能型供配电系统，符合未来供配电系统的发展方向！