《电力系统自动控制中PLC的应用现状及发展展望》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统自动控制中PLC的应用现状及发展展望（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 1电力系统自动控制中 PLC 的应用现状及发展展望刘丽芳，陈祖添(中水珠江规划勘测设计有限公司, 广东广州 510610)摘要：本文从开关量控制、闭环控制和顺序控制三个方面介绍了可编程逻辑控制器 PLC 在电力系统自动控制中的广泛应用，并提出提高 PLC 可靠性的使用建议。结合当前 DCS、FCS 在电力系统中的发展现状，对 PLC 在电力系统自动化建设中发展前景进行了展望。关键词：电力系统；自动控制；可编程逻辑控制器 PLC1 概述由于电力系统的信息量大，控制复杂，自动化要求高，许多地方的自动化设计都涉及到开关量的逻辑处理、模拟量闭环控制、顺序控制，例如高低压断路器和各种开关的控制均是典型
2、的开关量逻辑控制，水轮机组的速度、温度控制等多涉及模拟量闭环控制，火力发电厂辅助车间的工艺过程多以顺序控制为主。以往采用电磁继电元件进行自动控制，接线复杂，功能单一，可靠性低，灵活性差。可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作电子系统。它采用可编程序的存储器，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，取代了电磁继电元件庞杂的逻辑回路经过多年的发展，PLC 已十分成熟与完善，尤其在开关量逻辑运算和处理、顺序控制这两方面具有显著优势，而模拟量闭环
3、控制也已非常成熟。因此，PLC 技术在电力系统自动控制领域得到了广泛应用，并发展壮大，逐步淘汰了电磁继电元件的常规控制模式。PLC的主要特点如下：1）用内部逻辑关系代替实际的硬件连接导线，功能强大，经济实用；2）可靠性高，抗干扰能力强，适用于复杂的工业环境；3）配套齐全，功能完善，适用性强，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能；4）PLC的程序编制采用简单指令形式，形象、直观，易学易用。2 PLC 在电力系统中的应用现状2.1 开关量控制由于 PLC 的本质是用内部已定义的各种辅助继电器代替机械触点继电器，这些内部继电器的节点变位时间可理想化地认为等于零，只需考虑它的 01 状态而无
4、需考虑传统继电器所固有的返回系数，所以用 PLC 来进行开关量控制是非常合适的。下面以断路器和备用电源自动投入的控制为例，阐述利用PLC 实现开关量控制。2.1.1 多台断路器控制在电力系统中高压断路器是主要的操作机构，地位重要，其可靠性要求很高。断路器需要根据运行 2方式情况，接受指令进行正常的分、合闸操作，操作完毕后自动切断分、合闸回路，并给出相应指示信号。如果不能正常操作时应给出相应故障指示信号。事故时可自动分闸，并给出事故的音响和闪光信号。以往上述功能均采用电磁型继电器组成的逻辑回路实现，大量的电磁元件的机械触点降低了可靠性，而且接线复杂、检修困难，并占用较大空间。采用PLC实现断路器
5、的控制功能，只需输入分合闸指令开关量信号，以及各类闭锁开关量信号，通过内部程序判断后，向相应的断路器输出分合闸操作开关量信号，同时输出开关量状态信号。事故时接受故障信号，输出报警信号，并自动分闸。因为PLC的输入、输出的接线很有规律，输入、输出均各有公共端，另一端接入相应的输入或输出回路，不易出错。PLC内部大量的软继电器和程序取代了繁琐的二次接线及逻辑回路，原硬件参数的调整（如动作时间等）也改由软件程序设定。断路器的操动机构的辅助开关数量也可相应减少。只需选择合适型号的PLC ，便能实现多台断路器的控制及信号显示功能。运行人员的工作量也相应减少，误操作几率大大降低。2.1.2 备用电源自动投
6、入配电系统中为了加强重要负荷供电可靠性，需要采用备用电源自动投入装置（以下简称备自投）。以最典型单母线分段接线为例，正常运行时两路电源分别给两段母线供电，两段母线分别带各自负荷，分段断路器处于分闸状态。当其中一个电源故障时，通过备自投自动切除此故障电源，自动合分段断路器，由另一个电源承担两段母线上的所有负荷，保证供电可靠性。早期的备自投是由若干电磁型继电器根据不同的运行方式构成对应的自投切回路，其缺点是灵活性差，逻辑回路设计复杂，停电时间长。由PLC构成的备自投可通过编程对应不同的运行方式，完成相应的自投切功能。以上述单母分段接线为例，根据备自投的控制要求，输入两个电源状态量、两段母线状态量、
7、三台断路器状态量，经软件程序判断后，输出分合闸指令至相应断路器。软件程序中，可根据系统不同的运行方式分别设启动条件和闭锁条件，电源正常运行状态作为启动条件，失压状态作为闭锁条件。当启动条件满足而闭锁条件不满足时，备自投经延时后动作。当闭锁条件满足时，备自投不动作。由于PLC具有数据处理和逻辑判断的功能，不仅能完成备自投规定的操作，还能进行自诊断和故障报警。实践证明采用PLC的备自投，切换时间较短，可靠性高，这对于 “少人职守”的情况尤为适用。2.2 闭环控制初期的PLC在闭环控制方面并不擅长，而当前新型的PLC已兼有闭环控制功能，并且已十分成熟。各厂家推出的PLC 模块均内置了PID 控制程序
8、，用户只需要设置一些参数即可使用。一个模块可以控制几路甚至几十路闭环回路，经济实用。在电力系统自动化的控制中，存在许多温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量的闭环控制，例如调速器、励磁装置、温控装置、循环水系统等等。下面以水轮机调速器控制为例说明利用PLC进行闭环控制的原理。水轮机调速器是保证水力发电机组稳定运行的重要控制设备，直接关系到机组的安全与稳定运行。 3调速器的控制方式经历了3个阶段：机械液压型调速器、电气液压型调速器和微机调速器。现代微机调速器采用PLC控制，系统通常由转速测量单元、电子调节单元和电液执行单元组成。其特点是转速测量、调节规律的形成和驱动导水机构的职能分别由上述3个
9、功能单元实现，其控制规律由软件形成。水轮机调速器的比例积分微分PID（Proportional Integral Derivative）控制框图如下图：图1 水轮机调速器的PID控制框图有压引水系统传递函数、机液传动系统的传递函数、PID 调速器的传递函数分别为：式中 为水流惯性时间常数； 为接力器反应时间常数；wyKP、K I、K D 分别为调速器的比例增益、积分增益、微分增益。利用算法计算出水力发电机组 KP、K I、K D 值后，将这些参数直接嵌入 PLC 已有的 PID 控制模块，直接应用就可以进行调速器 PID 控制了。2.3 顺序控制在火力电厂辅助系统中工艺流程多以顺序控制为主，包
10、括输煤系统、化学补给水处理系统、除渣系统和除灰系统等。经过不断引进、研究和开发，目前我国大型火电厂的辅助系统已由电磁继电器控制过渡到完全由PLC 监控，提高了火电厂辅助系统自动化水平，同时降低了资源损耗和提高了管理效益。随着机组容量的不断增大、自动化程度的不断提高以及网络技术、软件技术、光纤技术的日趋成熟，采用PLC构成的独立控制子系统不仅单独控制某个工艺流程，同时还可以通过相应的通信模块挂在通信总线上，实现全厂数据通信，以便电厂控制中心掌握各辅助工艺系统情况，协调全厂工作。目前，PLC技术在火电厂辅助系统中得到了越来越广泛的应用。3 PLC 应用建议3.1 加强维护及提高抗干扰能力一般而言，
11、工业PLC无需任何保护措施就可以直接在工业环境中使用，这使人们容易忽视安装维护问题。实际上，当环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，产生误输入并引起误输出，造成设备的失控和误动作。因此，应注意以下两个问题对PLC的影响：1）工作环境：温度、湿度、震动、空气质量、电源稳定性；2）电磁干扰：强电干扰、柜内干扰、信号线引入的干扰、接地系统混乱时的干扰、变频器干扰。为提高PLC控制系统可靠性，减少失误，一方面生产厂家要根据使用环境情况提高PLC 的抗干扰能力；另一方面，要合理安装和正确使用，多方配合，加强维护，减少及消除干扰对PLC的影响。 43.2 加快国产化
12、研究当前国内电力系统使用的PLC大部分是进口产品，主要有 Schneider、GE 、ABB 、Siemens 等品牌。近年来，国内一些厂家开发和生产了自己的PLC，但是由于起步晚，应用实例少，迟迟不能推广应用。电力系统对自动化设备的要求很高，在这方面投资较多，大多选用成熟的进口品牌。这明显提高了电力系统自动化建设的成本。实际上，如果有质量可靠的国产PLC可供选用，将显著降低自控系统的建设成本。因此，必须加大力度开发高性能的国产化PLC, 早日应用到国内电力系统中，以降低整个控制系统的造价。4 PLC应用前景展望随着计算机网络化技术的发展，我国的电力系统自动化正朝着数字化和信息化方向发展。当前
13、在发电厂广泛应用的集散型控制系统DCS（Distributed Control System）经历了多年发展，开始减缓和停滞。新一代控制系统，现场总线控制系统FCS (FieldBus Control System)应运而生。FCS 吸收了DCS多年开发研究以及现场实践的经验教训，不仅具备DCS的优点，而且利用现场总线跨出了革命性的一步。随着现场总线技术的完善、热工自动化技术的发展和数字化、智能化控制仪表的进一步开发和应用，FCS必将在电力系统得到广泛应用，使电力系统的自动化水平提高到一个新的水平。PLC在FCS 系统中处于核心地位，因为新型的PLC具有完善的网络通信功能，可以作为一个子站挂在
14、高速总线上，充分发挥其对于顺序控制、开关量处理、闭环控制的优势。因此，当前的PLC的设计应强调能与FCS进行通讯交换信息或遵循现场总线通讯协议，既具有成熟的现场总线通信能力，还应能组成大型网络。可以肯定，结合新型PLC的FCS将具有强大的生命力。5 结语PLC顺应时代的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，日趋完美的人机界面、完备的通信设备、和成熟的现场总线通信能力会更好地适应各种工业控制场合的需求，将在我国电力系统自动化建设中发挥越来越大的作用。参考文献：1 金波. ASIC-PLC全数字式水轮机调速器J，浙江大学学报(工学版). 2007，41（4）. 2 应伟刚，何霞. 李家峡6kV 备自投改造中的PLC 控制应用J ，电工电气. 2010，12期.3 邓慧，张明，吴永存等. 大型火电厂现场总线网络设计 J，中国电力.2009，42（3）.4 张存礼.PLC 控制系统的干扰源分析及抑制干扰对策J，电力自动化设备. 2006，26（8）.5 李建东，张秀原，任继东. 张家口发电厂8300MW机组实现全厂辅助系统集中监控建设成果应用研究J，电力技术. 2009，06期 .作者简介: 刘丽芳, 女，湖北武汉人 , 主要从事电力系统及其自动化设计工作。
