可编程控制器在数据中心低压配电系统中的应用

纪加木

(厦门ABB低压电器设备有限公司，福建厦门361006)

可编程控制器在数据中心低压配电系统中的应用

纪加木

(厦门ABB低压电器设备有限公司，福建厦门361006)

纪加木(1981—)，男，工程师，从事低压智能配电、电能质量方面的研究。

介绍了数据中心低压配电系统的典型构成及可编程控制器(PLC)在备自投控制中的应用特点，分析了PLC在数据中心低压配电备自投工程中的实际应用。实践结果表明，采用PLC组建工业低压配电系统能达到高性能和良好的经济效益，并具有可靠和灵活等优点。

可编程控制器;低压配电;备自投;继电器

0 引言

随着信息技术的迅速发展和互联网的普及，信息和数据量呈几何级增长，因此对数据中心的需求日益增加，对数据中心的要求也不断提高，信息设备功能越来越强，功率密度越来越高。

在数据中心低压配电系统中，为保证供电的连续性和可靠性，通常采用两路电源分段运行并带联络的方案，同时要求开关具有自动投入甚至自动投切的功能，这对二次控制提出了更高的要求。传统继电器组合控制方式存在接线复杂、可靠性差、维护不方便等问题。随着微处理器技术的广泛应用以及计算机系统可靠性的大幅提高，可编程控制器(Programmable Logic Controller，PLC)技术快速发展。PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、维护简便等优点，是数据中心低压配电系统的完美解决方案。

1 数据中心低压配电系统构成

数据中心的低压配电通常采用两进线和一母联的结构，如图1所示，其中QF1、QF2为进线开关，QF3为联络开关。正常工作情况下，进线开关QF1、QF2合闸，QF3分闸，两段母线分列运行，分别为Ⅰ段和Ⅱ段母线供电。当其中一路变压器发生失压或电压低于70%时，以第一路失压为例，需要断开QF1，然后闭合联络开关QF3，此时QF2同时为I段和II段母线供电。

图1 低压配电系统图

2 数据中心低压配电备自投的特点

为保证数据中心内设备供电的可靠性和连续性，须尽量缩短母线段的断电时间。数据中心低压配电系统要具有备自投的功能。备自投是指当一路进线失压脱扣时，联络开关能够自动闭合。

备自投需要完成两个基本步骤:①进线开关必须脱扣，而且是因为电压跌落而非因为故障脱扣;②联络开关自动闭合。

根据复位方式的不同，备自投又分为自投自复和自投手复两种。①自投自复:当进线掉电时，联络开关自动闭合;当进线电压恢复时，联络开关自动断开，进线自动闭合。②自投手复:当进线电压恢复时，手动分断母联，然后手动闭合进线。

3 PLC在备自投控制中的优点

以往的数据中心项目通过电压继电器、时间继电器配合中间继电器等元器件来实现备自投功能。当电压继电器检测到进线开关的进线侧电压低于电压设定阈值(常规设定为70%额定低压)时，通过时间继电器设定一定的时间延时后发出指令，触发进线开关脱扣分闸。延时是为了确定是电网掉电，而不是系统晃电引起。联络开关在接收到进线开关脱扣后自动合闸，完成一次完整的备自投过程。

因此，由继电器搭建的备自投控制方式能够满足基本的备自投要求。随着数据中心对可靠配电的要求越来越高，在实际项目应用中继电器存在触点易熔焊、控制线路复杂和扩容困难等问题，很大程度上影响了数据中心低压配电的安全、稳定运行。因此，近年来越来越多的数据中心低压配电项目采用可靠性高的工业型PLC来实现低压配电系统的备自投控制。

采用PLC实现两进线一母联的备自投控制，首先采集进线和母联的断路器状态及故障信号、低电压信号和控制方式(自复位或手复位)，根据每个输入信号的状态，判断是否发生低电压，并通过输出继电器实现对进线和母联的合/分控制，进而实现两进线一母联的备自投切换。

PLC进行备自投控制的进程顺序:①进程1，判断进线是否失压;②进程2，如果失压，则脱扣对应进线开关;③进程3，确认进线分闸后闭合母联开关。

对比两种备自投控制的方案，可以得出PLC进行备自投控制的优势如下:

(1)可靠。由于继电器容易烧坏，触点易发生熔焊且线路复杂，每增加一路电缆，就增大发生故障的概率，而且由于机械原因，不论线圈吸合还是脱扣，都是依靠机械判断，存在出错的可能，影响整个系统的正常运行。PLC减少了继电器的数目，用内部虚拟继电器代替实际继电器，同时通过输入信号反馈，直接判断是否起动备自投，减少中间环节。另外，通过设置可以精确地给出延时时间，进一步降低出错的可能。实践应用表明，PLC比继电器可靠、稳定。

(2)灵活。当系统的控制逻辑发生变化时，PLC仅需要更改内部程序内容，而继电器需要重新设计、重新拆除、重新接线，操作繁冗复杂。更改完成后，PLC可在软件上测试程序的准确性，而继电器需要通电试验，如果发现问题，可能需要再次拆线接线。因此，PLC更具灵活性和可扩展性。

4 PLC在数据中心中的应用

4.1 AC500系列PLC

AC500系列PLC具有优越的性能和可扩充性，支持绝大多数工业标准通信总线，在现场总线有多种协议或多重网络的情况下成为理想的解决方案。AC500还能让用户通过不同等级的CPU实现最简单的产品组合，从而获得最灵活的应用。AC500系统基本结构如图2所示。PS501 Control Builder编程软件为整个平台提供统一的编程环境。程序指令可以在不连接PLC硬件的情况下仿真运行，包括相应的错误条件。PLC程序验证无误后再下载到AC500中运行，节省了调试时间。

图2 AC 500系统基本结构

4.2 项目概况

在东营电信数据中心项目中，市电动力配电主要用于供给机房精密空调设备、室内外照明和给排风、维修插座、一般动力、UPS设备等。供配电系统采用50 Hz交流电源，380/220 V三相五线制电源，TN-S接地方式，中性线和地线分开。基于可靠性要求，数据中心引入两路市电电源，平时分列运行，当一路市电电源发生故障时，通过联络柜可由另一路市电带全部的负荷运行。项目采用AC500系列PLC进行进线和联络的备自投控制。4.3案例分析

该项目两个进线柜和一个联络柜位于同一排，且相隔较近，宜采用集中式的PLC布置方式，输入/输出扩展模块DC432配合PLC主机PM572均安装在联络柜内。PLC硬件配置清单如表1所示。

表1 PLC硬件配置清单

根据项目实际控制要求，在母联柜的门板上配置一个三挡转换开关(手动－停止－自动)，分别实现手投手复、停止、自投自复三种不同的投切方式。两进线回路分别设置一个低电压检测继电器，低电压阈值可调。手动操作时，直接由柜上按钮通过硬接线来实现开关的合闸和分闸，而不通过PLC控制。开关状态及低电压信号通过本地I/O模块进入CPU，再由CPU发送指令经由I/O模块输出开关控制信号。自动操作时，系统正常运行状态:两段母线分列运行，两路进线均有电压，进线开关均为合闸位，母联开关处于分闸位。当进线回路发生失压或电压低于70%，且持续时间超过2 s时，该路进线分闸，延时1 s后母联合闸。当进线回路电压恢复或高于85%，且持续时间超过2 s时，母联分闸，延时1 s后进线合闸。

该系统已经通过试车运行，目前使用情况良好。

5 结语

目前的工业项目是更为复杂的三进线两联络或四进线三联络，使用继电器实现备自投，每增加一路进线回路或一路联络回路，都需要增加数量庞大的继电器和控制线路，不仅设计和施工难度大，且存在很大的不可靠隐患。采用PLC只需要修改程序重新下载，既灵活，又保证了供电的可靠性和稳定性。

随着工业对备自投要求以及PLC自身竞争力的不断提高，未来PLC在数据中心项目及其他工业领域的应用前景将越来越广阔。

［1］李峰.数据中心供配电系统设计［J］.通讯技术，2010(6):227-229.

［2］李龙达.可编程控制器在地铁低压配电系统中的应用［J］.城市轨道交通研究，2009(3):30-33.

［3］王庭有.可编程控制器原理及应用［M］.北京:国防工业出版社，2005.

Application of Programmable Logic Controller in Data Center

JI Jiamu
(ABB Xiamen Low Voltage Electric Equipment Co.，Ltd.，Xiamen 361006，China)

The typical configuration of low voltage distribution system in data center and the characters of programmable logic controller(PLC)application in auto change-over control were introduced.One case of PLC application in data center was analyzed.The practice results show that the adoption of industrial low voltage distribution system via PLC helps to achieve the obvious performance and better economic benefit，as well as dependability and flexibility.

programmable logic controller(PLC);low voltage distribution;auto change-over;relay

TU 852

B

1674-8417(2015)11-0029-03

2015－08－28