电力系统电气工程自动化中PLC 自动控制技术的应用实践

马 源，巩冬梅，张祎玮

（1.国网北京海淀供电公司，北京 100086；2.国网冀北电力有限公司营销服务中心，北京 100000；3.国网北京海淀供电公司配电站，北京 100086）

1 PLC 技术的主要内容及其应用优势

1.1 PLC 技术在电力系统中的主要应用模式

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC） 从字面上理解是逻辑控制器，就是将以前通过继电器电路实现的设备功能，通过人为编写完成设备的程序并下载到PLC 中，由PLC 来实现设计的功能要求[1]。

具体落实到PLC 在电力系统中的应用模式，其按照功能进行区分，大致可以分为如下5 个方面。一是开关量控制：PLC 的开关量控制主要是针对液位、压力等一些开关量的控制，可以通过梯形图的方式进行编程，实现对电路的控制；二是位置控制：位置控制是PLC 自动控制技术的重要组成部分，可以通过对位置的精确控制，实现对电机、液压缸等设备的精准控制；三是模拟量控制：模拟量控制主要是针对温度、湿度等一些模拟量的控制，PLC 可以通过对模拟量的测量和控制，实现对工业现场的精准控制；四是集中控制：PLC 自动控制技术也可以通过集中的方式进行控制，将多个设备的工作状态进行收集，并通过中央处理器进行统一的控制，实现对工业现场的全面控制；五是智能控制：PLC 自动控制技术还可以通过智能化的方式进行控制，例如模糊控制、神经网络控制等，实现对工业现场的智能控制。

1.2 PLC 技术在电力系统电气工程自动化应用中的优势分析

PLC 自动控制技术在电力系统电气工程自动化中的应用，主要是通过将电气工程自动化系统与PLC 技术进行融合，以提高电力系统的控制效率，优化电力系统的工作性能[2]。具体包括如下4 个方面。一是提高数据处理效率：PLC 自动控制技术具有强大的数据处理能力，可以快速地处理电力系统中的大量数据，如对数据进行采集、整理、分析等，从而为电力系统的决策提供科学依据；二是提高控制精度：PLC 自动控制技术的应用可以实现对电力系统电气工程自动化的精准控制，通过编写特定的控制程序，PLC 可以根据电力系统的实际运行情况，对电力系统中的各个设备进行精确控制，从而提高了电力系统的稳定性和可靠性；三是提高生产效率：将PLC 自动控制技术应用于电力系统电气工程自动化中，可以实现电力系统的自动化生产。通过PLC 的逻辑控制功能，可以实现对电力系统中各个设备的自动化操作，减少了人工干预的必要性，从而提高了电力系统的生产效率；四是提高故障排除能力：PLC 自动控制技术在电力系统电气工程自动化中的应用，还可以提高电力系统的故障排除能力，从而为电力系统的维护和检修提供了便利。

2 PLC 技术在电力系统电气工程自动化应用中的总体设计

基于PLC 的电力系统自动化设计，需要考虑明确设计需求、选择确定PLC、编写程序、连接设备和调试优化等方面。在总体设计过程中，需要结合实际应用场景和需求，选择适合的技术和设备，并且注意各个方面的协调和配合。总体设计主要包括如下5 个方面。

2.1 明确设计需求

在基于PLC 的电力系统自动化设计中，首先需要明确设计需求。设计需求包括控制精度、数据处理效率、设备连接方式、故障排除能力等方面。根据实际应用场景和需求，需要制定详细的设计计划，包括控制方式、程序编写、设备选型、调试步骤等[3]。

2.2 选择确定PLC

选择确定适合的PLC 是电力系统自动化设计的重要环节。需要根据设计需求和PLC 的性能要求，选择具有合适I/O 点数和内存容量的PLC。此外，还需要考虑PLC 的端口设置和通信协议，以便与电力系统中的各个设备进行通信。

2.3 编写程序

为PLC 编写程序是电力系统自动化设计的核心环节。需要根据控制需求和实际应用场景，选择合适的编程语言和算法。常用的PLC 编程语言有梯形图（Ladder Diagram）、功能块图（Function Block Diagram）、结构化文本（Structured Text）等[4]。在编写程序的过程中，需要注意程序的可靠性和可维护性，以确保系统的稳定性和安全性。

2.4 连接设备

将电力系统中的各个设备与PLC 连接起来，并进行必要的参数设置和调试。连接方式有有线和无线两种，其中，有线连接方式较为稳定，但需要布线和配置；无线连接方式不需要布线，但需要选择适合的无线模块和协议，并进行相关的配置和调试，并保证数据传输的稳定性和安全性。

2.5 调试优化

完成设备连接后，需要进行系统调试，检查控制精度、稳定性等方面是否符合设计要求。在调试过程中，需要检查PLC 程序中的逻辑错误问题、设备连接问题、通信问题等方面的问题。如果存在问题，需要进行优化调整，直到满足设计要求为止。此外，还需要定期进行维护和改进，以确保系统的稳定性和可靠性，并进行必要的功能扩展或升级。

3 PLC 技术在电力系统电气工程自动化应用中的重点功能技术实现

PLC 技术在电力系统自动化中的应用与开发集中在PLC 的选择确定、自动化程序的编写以及设备的链接方式3 个方面，具体的实现方式如下。

3.1 PLC 的选择确定

PLC 的选择首先要考虑控制需求，包括控制精度、速度、可靠性等方面的要求[5]。对于要求高速、高精度、高可靠性的场合，需要选择高性能的PLC；对于控制点较少、要求较低的场合，可以选择价格较低、结构简单的PLC。在电力系统应用中，PLC 的主要参数及其选择原则与方式见表1。

表1 电力系统应用中PLC 的主要参数及其选择原则与方式

3.2 自动化程序的编写

在确定了PLC 后，需要根据具体的功能需求对其进行程序的编写。在电力自动化应用中编写PLC程序，需要按照一定的步骤进行：首先，需要明确程序的设计要求，包括完整的注释、精良的架构、良好的可扩展性、完备的报警保护系统、运行前的模拟系统等，以保证程序的稳定性和可靠性；其次，需要绘制程序流程图，包括主程序、停止程序、急停程序、复位程序等部分，确保程序流程图正确，以便后续编程；最后，在确定程序流程图无误之后，便可以在编程软件中编写程序。

在编写程序时，需要注意以下5 个方面。一是程序结构：PLC 程序可以采用顺序结构、循环结构、条件结构等不同的程序结构方式，根据实际情况选择合适的程序结构方式，以提高程序的执行效率和可读性；二是变量定义：在编写程序之前，需要对所需的变量进行定义，包括输入变量、输出变量、状态变量等，变量的定义应该清晰明了，方便后续编程和维护；三是指令选择：PLC 编程支持多种指令，包括逻辑指令、算术指令、比较指令、移位指令等，在编写程序时，需要根据实际情况选择合适的指令，以满足控制要求；四是程序注释：在编写程序时，需要对程序进行注释，以便后续维护和调试，注释应该清晰明了，包括程序的功能、参数含义、注意事项等；五是程序调试：在编写完程序之后，需要进行调试，可以先进行模拟调试，即在计算机上模拟现场环境进行调试，模拟调试通过后，再进行现场调试，对程序进行实际运行测试。

以三相异步电动机启停控制为例，对其结构控制具体介绍如下：首先，需要对变量进行定义，由于其电流为控制的核心参数，故而设计两组变量，即LD Y0（输出变量，控制电动机的启动和停止）和OUT Y0（输出到PLC 的输出端口）；其次，在变量的基础上，需要对主程序进行编写，其中主程序包括LD X0（输入变量，触发电动机启动）、AN X1（判断是否满足条件，即电动机是否已经停止）、AN M0（判断是否满足条件，即电动机是否处于故障状态）、AN X2（判断是否满足条件，即电动机是否处于热保护状态）、M1-4 端口（判断电动机运转状态）、M5-40 端口（判断电动机转速状态）。图1 为基于PLC 的三相异步电动机启停控制电路示意图。

图1 基于PLC 的三相异步电动机启停控制电路示意图

3.3 设备的链接方式

在完成程序编写后，需要通过有效的链接方式对其电路进行实现。在PLC 的链接方式主要包括了主令电器链接、输出设备链接以及负载链接，其中，主令电器链接负责接收指令实现自动控制；输出设备链接负责完成对继电器的控制从而实现对电路的自动化管理；负载链接负责检测设备运行状态并向上位机进行数据反馈[6]。

4 结束语

在本文的研究中，首先利用PLC 技术进行了系统描述，重点分析了其在电力系统中的应用模式与可能，认为在电力系统中引入PLC 技术可以有效提高数据处理效率、控制精度、生产效率等指标，具有比较优势；其次总结了PLC 在电力系统中应用的总体设计步骤、内容与原则，分析了设计需求与调试优化环节的成熟性；最后重点对PLC 的选择确定、自动化程序的编写以及设备的链接方式3 个方面的技术应用进行了探讨与展示。希望通过本文的研究能够为后续技术推广提供指导。