基于PLC控制的工廠供電自動(dòng)化系統(tǒng)研究

甘二龍

【摘 要】隨著控制技術(shù)與電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC的應(yīng)用范圍越來越廣泛。PLC全稱Programmable LogicController，中文名稱為可編程邏輯控制器，具有維護(hù)方便、安全可靠、操作簡單等方面的優(yōu)點(diǎn)。本文從工業(yè)企業(yè)發(fā)展需求的角度出發(fā)，結(jié)合工廠對于供電系統(tǒng)的具體要求，對工廠供電自動(dòng)化的必要性進(jìn)行了分析。提出了一套完整的基于PLC控制的工廠供電自動(dòng)化系統(tǒng)解決方案，同時(shí)也詳細(xì)介紹了該方案的實(shí)現(xiàn)方法。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)化；工廠供電；PLC

PLC是繼電器控制技術(shù)與計(jì)算技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，這種可編程的邏輯控制器有效消除了傳統(tǒng)控制器靈活性差、能耗高、可靠性低以及接線復(fù)雜等方面的問題。PLC在我國工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，大幅提高了工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率與穩(wěn)定性水平。尤其是在供電系統(tǒng)方面采用PLC技術(shù)，能夠有效幫助小型工廠強(qiáng)化供電系統(tǒng)自動(dòng)化控制能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)供電控制的智能化。

一、PLC技術(shù)概述

（一）PLC系統(tǒng)介紹

運(yùn)行狀態(tài)下的PLC表現(xiàn)為三個(gè)不同的工作階段，即輸出刷新階段、程序執(zhí)行階段以及輸入采樣階段。PLC在輸入采樣階段可以對所輸入的全部數(shù)據(jù)與狀態(tài)信息進(jìn)行依次掃描，并將掃描結(jié)果儲(chǔ)存在輸入映像區(qū)，刷新輸入影響區(qū)寄存器；PLC進(jìn)入程序執(zhí)行階段后開始對I/O映像區(qū)進(jìn)行掃描，對相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理與運(yùn)算，得出程序執(zhí)行結(jié)并將其傳送至映像區(qū)寄存器；PLC在進(jìn)行輸出刷新階段后，來自于輸出映像區(qū)的信息會(huì)被傳送至輸出鎖存器，使用戶設(shè)備得到有效的驅(qū)動(dòng)。

（二）PLC系統(tǒng)特點(diǎn)

在工廠供電系統(tǒng)中應(yīng)用PLC技術(shù)，能夠體現(xiàn)出以下優(yōu)勢：（1）編程簡單。PLC編輯所使用的梯形圖語言易于掌握、易于學(xué)習(xí)。編程語言中的符號(hào)和指令采用與傳統(tǒng)斷電器相類似的表達(dá)方式，技術(shù)人員很容易在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上解理編程語言；（2）控制系統(tǒng)的維修、高度、安裝與設(shè)計(jì)十分方便。相比于繼電器控制系統(tǒng)來說，PLC不需要計(jì)數(shù)器、時(shí)間繼電器、中間繼電器等元件，僅通過軟件就能夠?qū)╇娤到y(tǒng)進(jìn)行控制[1]。另外，PLC出現(xiàn)故障的概率明顯較低，其中所內(nèi)置的診斷功能十分完善，在PLC執(zhí)行結(jié)構(gòu)或外部輸出裝置發(fā)生故障的情況下，技術(shù)人員能夠利用提示信息，在較短時(shí)間內(nèi)查明原因，進(jìn)行維修并排除故障；（3）功耗低、質(zhì)量小、體積小?；诎雽?dǎo)體集成電路的PLC本身就具有功耗低、重量輕、體積小等方面的優(yōu)勢，并且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分緊湊，便于在機(jī)械內(nèi)部進(jìn)行安裝，是推動(dòng)機(jī)電一體化的重要手段之一。

二、PLC在工廠供電自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

工廠供電自動(dòng)化系統(tǒng)普遍類似于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)包括通信電纜、真空斷路器、線路、遠(yuǎn)方終端單元以及主站五個(gè)部分。其中設(shè)置于變電現(xiàn)場的遠(yuǎn)方終端單元能夠自動(dòng)采集各種模擬量與開關(guān)狀態(tài)量，經(jīng)過專用通道上傳至主站系統(tǒng)。

（一）開關(guān)量控制

1.斷路器控制

PLC技術(shù)的快速普及與廣泛應(yīng)用，使得繼電元件被軟件繼電器所取代，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)可靠性的大幅提升。操作人員只需要對PLC控制器進(jìn)行簡單的操作就能夠執(zhí)行諸如合閘、分閘等操作，系統(tǒng)也能夠依照當(dāng)前的運(yùn)行情況進(jìn)行自動(dòng)化的動(dòng)作調(diào)整。另外，在出現(xiàn)系統(tǒng)故障的情況下，PLC控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)出指令自動(dòng)跳閘，同時(shí)向技術(shù)人員傳達(dá)警報(bào)。PLC控制系統(tǒng)所需要的二次接線也相對較少，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的接線失誤現(xiàn)象，降低了檢修與維護(hù)工作的壓力。

2.備自投控制

備用電源自動(dòng)投入裝置能夠有效維持供電系統(tǒng)的可靠性，這也是該裝置的主要功能，普遍適用于大型企業(yè)的供電系統(tǒng)控制。采用PLC技術(shù)對備自投裝置進(jìn)行控制，能夠以更加自動(dòng)化的方式抵抗來自各種外部因素的干擾，具有接線方便、操作簡單、可靠性高等方面的優(yōu)點(diǎn)[2]。

（二）遠(yuǎn)方終端單元的PLC控制

采用PLC技術(shù)對遠(yuǎn)方終端單元進(jìn)行控制，能夠使該元件的應(yīng)用性能最大程度上發(fā)揮出來。當(dāng)前我國市面上的PLC產(chǎn)品普遍具備通信、時(shí)間、模擬采樣輸入以及離散點(diǎn)輸入和輸出等功能，以上功能能夠幫助遠(yuǎn)方終端單元進(jìn)一步提升自動(dòng)化水平。其中，PLC的離散輸入與輸出能夠?qū)崿F(xiàn)遙信、遙控等功能，借助PLC的模擬采集輸入與通信功能能夠?qū)崿F(xiàn)遙測以及主要通信等功能。

（三）安全回路的PLC控制

工廠供電系統(tǒng)主要采用以下幾種泵類自動(dòng)化啟動(dòng)方式，即自動(dòng)啟動(dòng)、機(jī)旁屏手動(dòng)啟動(dòng)和控制箱手動(dòng)啟動(dòng)。在某一類泵需要啟動(dòng)的情況下，PLC順控模塊根據(jù)所有泵所累積的運(yùn)時(shí)間確定主備用泵。PLC控制模式和常規(guī)控制模式是兩種最常見的泵類控制手段。對于PLC系統(tǒng)來說，常規(guī)控制是重要的完善與補(bǔ)充手段，在PLC系統(tǒng)出現(xiàn)短暫故障與錯(cuò)誤的情況下，仍然可以通過常規(guī)控制進(jìn)行保持運(yùn)行狀態(tài)，并建立一個(gè)安全回路，使工程系統(tǒng)能夠斷續(xù)維持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

三、PLC方案的實(shí)施

在對PLC方案進(jìn)行具體設(shè)計(jì)的過程中，需要重點(diǎn)考慮到以下幾方面的操作：

（1）獲取操作點(diǎn)數(shù)。明確需要進(jìn)遙調(diào)、遙測、遙信以及遙控的系統(tǒng)設(shè)備，對每一個(gè)信號(hào)的具體點(diǎn)數(shù)進(jìn)行控制；（2）確定通信方案。依照工廠供電分布和規(guī)模的情況，輸出完整的設(shè)計(jì)方案；（3）選擇PLC型號(hào)。依照現(xiàn)行的通信方案以及每一項(xiàng)操作的點(diǎn)數(shù)，對所需要的PLC型號(hào)進(jìn)行有針對性的選擇并實(shí)現(xiàn)工廠供電系統(tǒng)的自動(dòng)化控制[3]。由于遠(yuǎn)方終端單元所接收到的指令來自于監(jiān)控中心，同時(shí)也需要上傳開關(guān)柜與低壓配電環(huán)節(jié)信息。因此，在對PLC型號(hào)進(jìn)行選擇時(shí)，需要重點(diǎn)考慮到通信方面的需求。由于各開關(guān)柜與開關(guān)房的操作點(diǎn)數(shù)與操作類型之間存在著很大的差異，所選用的PLC還應(yīng)具備組態(tài)能力與模塊化結(jié)構(gòu)，同時(shí)也需要考慮PLC是否能夠經(jīng)濟(jì)、靈活地組成測量點(diǎn)、輸出點(diǎn)、調(diào)節(jié)點(diǎn)與輸入點(diǎn)的規(guī)模可變系統(tǒng)。

四、針對PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

PLC技術(shù)應(yīng)用中普遍存在的漏電流問題，本次研究為了降低輸入阻抗，將一個(gè)瀉放電阻并聯(lián)于PLC相應(yīng)輸入端，設(shè)計(jì)結(jié)果如圖5-1、5-2所示。

瀉放電阻的功率和阻值可采用以下計(jì)算方法。

上式將瀉放電阻功率記為W；將瀉放電阻值記為R，將設(shè)備漏電流記為I。

五、數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

本次研究建立如圖6-1所示的數(shù)據(jù)采集模塊電路，每個(gè)模塊均設(shè)置有8個(gè)測量通道和1個(gè)校零通道。PLC的P14～P17分別對三片模擬開關(guān)進(jìn)行控制，對所選擇的傳感器測量電路進(jìn)行放大處理。

六、采集模塊軟件設(shè)計(jì)

本次研究建立了一套如圖7-1所示的模塊內(nèi)主程序流程圖。PLC在上電復(fù)位后進(jìn)入初始化操作：設(shè)置堆棧、變量置初值、置INTO為下降沿觸發(fā)并開中斷以等待ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束。再確認(rèn)校零通道，待完成ADC轉(zhuǎn)換后，通過中斷程序完成ADC數(shù)據(jù)讀取操作，突出INT0中斷，完成第一位數(shù)據(jù)的讀取后，于定時(shí)器0中。

七、結(jié)束語

PLC是一項(xiàng)十分重要的工程自動(dòng)化控制元件，是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的自動(dòng)化控制載體，具有耗能低、功能齊全、易于編程以及穩(wěn)定性高等方面的優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)化工廠供電系統(tǒng)中得到了十分廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，隨著PLC技術(shù)與計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC系統(tǒng)所具備的功能開始朝向多元化的方向發(fā)展，發(fā)展前景十分看好。該技術(shù)即能夠有效推動(dòng)工業(yè)的自動(dòng)化發(fā)展，也能夠進(jìn)一步發(fā)揮工業(yè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，相關(guān)的技術(shù)與應(yīng)用方法還需要進(jìn)行更深層次的研究。

【參考文獻(xiàn)】

[1]何野，孫立威.PLC在工廠供電自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用探析[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通，2017（08）：251.

[2]晁坤，趙廣達(dá). HND供電自動(dòng)化系統(tǒng)在工廠中的應(yīng)用[A]. 山東省煤炭學(xué)會(huì).山東省煤炭學(xué)會(huì)2006年年會(huì)論文集[C].山東省煤炭學(xué)會(huì)，2006：2.

[3]尹玉杰，李翊峰.變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在工廠供電中的應(yīng)用[J].有色金屬加工，2000（01）：16-19.