淺談PLC可編程控制器在低壓配電系統(tǒng)控制的應(yīng)用

鄭秋恒

1 400V低壓配電系統(tǒng)最常用的一次供電方案

圖1 400 V低壓配電系統(tǒng)最常用的一次供電系統(tǒng)

圖1 是400 V低壓配電系統(tǒng)最常用的一次供電系統(tǒng)，是由兩臺(tái)變壓器、兩臺(tái)進(jìn)線框架斷路器、一臺(tái)聯(lián)絡(luò)框架斷路器、兩段匯流母線、兩臺(tái)無(wú)功補(bǔ)償柜和若干個(gè)饋電回路組成。其供電方案是由兩臺(tái)變壓器分別向1#進(jìn)線斷路器和2#進(jìn)線斷路器供電，經(jīng)過(guò)斷路器控制后將各自的電源送到I段匯流母線和II段匯流母線，各饋電回路可經(jīng)各自的匯流母線接受電源后再經(jīng)斷路器向負(fù)載供電，在兩段匯流母線段各設(shè)有一組電容無(wú)功補(bǔ)償柜可對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

正常供電方案：由圖1可見(jiàn)，兩臺(tái)變壓器分別向兩段匯流母線供電，實(shí)行分列運(yùn)行。當(dāng)其中一段電源出現(xiàn)異常（如：缺相、欠壓或失壓）時(shí)，將由人工控制或自動(dòng)控制將電源異常進(jìn)線斷路器斷開(kāi)，之后合上聯(lián)絡(luò)斷路器，由另一段母線對(duì)其進(jìn)行供電，實(shí)行一臺(tái)變壓器對(duì)兩段母線供電，從而保證供電可靠性。一直到異常電源恢復(fù)正常時(shí)才能恢復(fù)兩段母線分列運(yùn)行，即每臺(tái)變壓器帶各自母線段負(fù)荷供電。

2 采用傳統(tǒng)繼電器控制的缺點(diǎn)

傳統(tǒng)控制方案是采用普通繼電器進(jìn)行連鎖控制，連鎖觸點(diǎn)多、接線點(diǎn)多、易出錯(cuò)，故障率非常高，尤其受設(shè)備的使用環(huán)境影響更大，具體見(jiàn)圖2、圖3、圖4。由圖可見(jiàn)，其控制原理需要很多中間繼電器、時(shí)間繼電器，實(shí)現(xiàn)的功能有限，如果當(dāng)其中一個(gè)繼電器故障，將可能會(huì)影響到整個(gè)供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，供電質(zhì)量就會(huì)受到很大的威脅，甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰，其后果不堪設(shè)想，可靠性令人擔(dān)憂(yōu)。

圖2 1#進(jìn)線柜原理圖

圖3 2#進(jìn)線柜原理圖

3 采用PLC可編程控制器優(yōu)化控制的優(yōu)點(diǎn)

采用PLC可編程控制器控制簡(jiǎn)化了大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，布線也簡(jiǎn)化了很多，也節(jié)省大量制作時(shí)間，分立元器件少、易檢修、可靠性強(qiáng)、安全性好、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)。具體詳見(jiàn)圖5、圖6、圖7。

4 采用PLC可編程控制器控制的原理與程序分析

（1）優(yōu)化后的控制原理：見(jiàn)圖7聯(lián)絡(luò)柜原理圖，PLC可編程控制器通過(guò)輸入接口I1～I(xiàn)C的信號(hào)輸入，經(jīng)過(guò)內(nèi)部程序的運(yùn)行，最終從PLC可編程控制器輸出接口Q1～Q4輸出分合閘指令，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)線及聯(lián)絡(luò)柜的開(kāi)關(guān)分合閘功能。

（2）PLC可編程控制器運(yùn)行分析與程序分析

1）PLC可編程控制器采用施耐德公司生產(chǎn)的SR2-201FU可編程序控制器，根據(jù)供電方案控制系統(tǒng)的不同，可編制出不同程序來(lái)實(shí)現(xiàn)所要達(dá)到的不同控制功能。

本文所涉及到的程序是針對(duì)400V供電系統(tǒng)由兩路進(jìn)線與一臺(tái)聯(lián)絡(luò)柜組成的供電方案進(jìn)行控制。即由PLC可編程控制器來(lái)監(jiān)測(cè)兩路進(jìn)線電源情況與兩路進(jìn)線斷路器與一臺(tái)聯(lián)絡(luò)斷路器的運(yùn)行狀況來(lái)進(jìn)行控制。例如：正常運(yùn)行情況，將由兩路進(jìn)線電源分別對(duì)相應(yīng)的母線供電，實(shí)行分列運(yùn)行，當(dāng)PLC可編程控制器監(jiān)測(cè)到其中一路進(jìn)線電源異常，將由PLC可編程控制器發(fā)出指令把異?；芈愤M(jìn)線斷路器斷開(kāi)。之后再發(fā)出指令合上聯(lián)絡(luò)柜斷路器，實(shí)現(xiàn)由另一路正常進(jìn)線電源對(duì)兩段母線同時(shí)供電，等到PLC可編程控制器監(jiān)測(cè)到原異常的電源已恢復(fù)正常時(shí)，再由PLC可編程控制器發(fā)出指令將聯(lián)絡(luò)柜斷路器斷開(kāi)，之后再發(fā)出指令將電源已恢復(fù)正常的進(jìn)線斷路器合閘，又實(shí)現(xiàn)了兩段母線分列運(yùn)行狀態(tài)。見(jiàn)圖7，通過(guò)3SA轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)線柜和母聯(lián)柜開(kāi)關(guān)手動(dòng)操作，停、自投不自復(fù)和自投自復(fù)功能。

手動(dòng)操作：是將聯(lián)絡(luò)柜3SA轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于手動(dòng)位置，此時(shí)可以通過(guò)兩臺(tái)進(jìn)線柜與一臺(tái)聯(lián)絡(luò)柜面板上的分、合閘按鈕進(jìn)行人為的分、合閘控制。通過(guò)PLC可編程控制器程序閉鎖功能的控制，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)進(jìn)線柜和一臺(tái)聯(lián)絡(luò)柜只能同時(shí)合兩臺(tái)，以防止兩臺(tái)變壓器合環(huán)或反送電而造成事故。

圖4 聯(lián)絡(luò)柜原理圖

圖5 1#進(jìn)線柜原理圖

圖6 2#進(jìn)線柜原理圖

停：是切斷PLC可編程控制器的工作電源，禁止一切操作。

自投不自復(fù)：在正常分列運(yùn)行的線路，當(dāng)其中一路電源出現(xiàn)異常時(shí)，由PLC可編程控制器發(fā)出信號(hào)將異?；芈窋嗦菲鲾嚅_(kāi)，合上聯(lián)絡(luò)柜斷路器，當(dāng)異常電源恢復(fù)正常時(shí)，PLC可編程控制器不會(huì)發(fā)出信號(hào)將系統(tǒng)轉(zhuǎn)回到分列運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)只有將3SA轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換到手動(dòng)功能才能解鎖進(jìn)行操作。

自投自復(fù)：在正常分列運(yùn)行的線路，當(dāng)其中一路電源出現(xiàn)異常時(shí)，由PLC可編程控制器發(fā)出信號(hào)將異?；芈窋嗦菲鲾嚅_(kāi)，合上聯(lián)絡(luò)柜斷路器，當(dāng)異常電源恢復(fù)正常時(shí)，PLC可編程控制器將發(fā)出信號(hào)把聯(lián)絡(luò)柜斷路器斷開(kāi)，經(jīng)延時(shí)后再發(fā)出信號(hào)將已恢復(fù)正常電源的進(jìn)線斷路器合閘，把供電方案又轉(zhuǎn)回分列運(yùn)行狀態(tài)。

2）PLC可編程控制器編寫(xiě)程序控制圖的輸入與輸出（即I/O接口）功能表與控制程序如圖8所示，PLC可編程控制器各輸出信號(hào)與輸入信號(hào)及所相對(duì)應(yīng)的功能一一對(duì)應(yīng)。

圖7 聯(lián)絡(luò)柜原理圖

PLC可編程控制器程序分析：由程序表得知進(jìn)線柜和聯(lián)絡(luò)柜的分合閘條件如下：

1#進(jìn)線柜斷路器合閘條件：手動(dòng)時(shí)，PLC可編程控制器I3輸入接口有輸入（即1#進(jìn)線柜有合閘信號(hào)）→I8輸入接口無(wú)輸入（即聯(lián)絡(luò)柜斷路器處于分閘狀態(tài)）→IB輸入接口無(wú)輸入（即3SA轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)不是置于自動(dòng)動(dòng)狀態(tài)）→IC輸入接口有輸入（即3SA轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于手動(dòng)狀態(tài)）→I2輸入接口無(wú)輸入（即I段進(jìn)線電源有電）→I1輸入接口無(wú)輸入（即1#進(jìn)線斷路處于分閘狀態(tài)）→I9輸入接口無(wú)輸入（即聯(lián)絡(luò)柜斷路器無(wú)故障）。滿(mǎn)足前面所有條件時(shí)，PLC可編程控制器將輸出出口Q1閉合，使1#進(jìn)線柜斷路器合閘。自投時(shí)，PLC可編程控制器IB輸入接口有輸入（即3SA轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于自投狀態(tài)）→同時(shí)滿(mǎn)足手動(dòng)合閘所有條件→PLC可編程控制器經(jīng)延時(shí)2 s（可調(diào)）后將出口Q1閉合，使1#進(jìn)線柜斷路器合閘。

圖8 程序控制圖

1#進(jìn)線斷路器分閘條件：手動(dòng)時(shí)不受PLC可編程控制器控制，由本柜的分閘按鈕進(jìn)行分閘。自動(dòng)時(shí)，當(dāng)PLC可編程控制器檢測(cè)到I1、I5、I8輸入接口同時(shí)有輸入時(shí)（即兩臺(tái)進(jìn)線斷路器和母聯(lián)斷路器同時(shí)合閘），或者I2/I6輸入接口有輸入時(shí)（即本柜的電源有異常時(shí)），PLC可編程控制器經(jīng)過(guò)延時(shí)0.5 s（可調(diào)）后將輸出出口Q2閉合，使1#進(jìn)線柜斷路器分閘。

2#進(jìn)線柜斷路器分合閘與聯(lián)絡(luò)柜斷路器的分合閘的控制略同于1#進(jìn)線柜斷路器，只是輸入、輸出接口位置不同。

5 采用PLC可編程控制器控制的效果

自運(yùn)用PLC可編程控制器控制至今，本公司已成功運(yùn)用了數(shù)百套PLC可編程控制器自動(dòng)控制方案，效果十分顯著。PLC可編程控制器的運(yùn)用具有可靠性強(qiáng)、安全性好、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)，從而提高了工作效率與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，是一種經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的自動(dòng)控制方案。投入運(yùn)行數(shù)年以來(lái)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，更能滿(mǎn)足無(wú)人值班的綜合自動(dòng)化控制的要求，得到很多用戶(hù)和各界人士的好評(píng)。

6 結(jié)束語(yǔ)

只要在日常生活、生產(chǎn)中，勤發(fā)現(xiàn)、勤思考、勤動(dòng)手，認(rèn)真對(duì)待出現(xiàn)的問(wèn)題，勤于思考、慎重分析，將不斷優(yōu)化控制方案和解決所遇到的問(wèn)題，這樣不僅對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)可以節(jié)省很多的投資費(fèi)用以及因設(shè)備故障所造成的經(jīng)濟(jì)損失，而且對(duì)于自身素質(zhì)和實(shí)際能力及水平都會(huì)有相應(yīng)的提高。