淺談PLC可編程控制器在低壓配電系統控制的應用

鄭秋恒

1 400V低壓配電系統最常用的一次供電方案

圖1 400 V低壓配電系統最常用的一次供電系統

圖1 是400 V低壓配電系統最常用的一次供電系統，是由兩臺變壓器、兩臺進線框架斷路器、一臺聯絡框架斷路器、兩段匯流母線、兩臺無功補償柜和若干個饋電回路組成。其供電方案是由兩臺變壓器分別向1#進線斷路器和2#進線斷路器供電，經過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，各饋電回路可經各自的匯流母線接受電源后再經斷路器向負載供電，在兩段匯流母線段各設有一組電容無功補償柜可對電網進行無功補償。

正常供電方案：由圖1可見，兩臺變壓器分別向兩段匯流母線供電，實行分列運行。當其中一段電源出現異常（如：缺相、欠壓或失壓）時，將由人工控制或自動控制將電源異常進線斷路器斷開，之后合上聯絡斷路器，由另一段母線對其進行供電，實行一臺變壓器對兩段母線供電，從而保證供電可靠性。一直到異常電源恢復正常時才能恢復兩段母線分列運行，即每臺變壓器帶各自母線段負荷供電。

2 采用傳統繼電器控制的缺點

傳統控制方案是采用普通繼電器進行連鎖控制，連鎖觸點多、接線點多、易出錯，故障率非常高，尤其受設備的使用環境影響更大，具體見圖2、圖3、圖4。由圖可見，其控制原理需要很多中間繼電器、時間繼電器，實現的功能有限，如果當其中一個繼電器故障，將可能會影響到整個供電系統的正常運行，供電質量就會受到很大的威脅，甚至導致整個系統崩潰，其后果不堪設想，可靠性令人擔憂。

圖2 1#進線柜原理圖

圖3 2#進線柜原理圖

3 采用PLC可編程控制器優化控制的優點

采用PLC可編程控制器控制簡化了大量的中間繼電器和時間繼電器，布線也簡化了很多，也節省大量制作時間，分立元器件少、易檢修、可靠性強、安全性好、準確性高等優點。具體詳見圖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）優化后的控制原理：見圖7聯絡柜原理圖，PLC可編程控制器通過輸入接口I1～IC的信號輸入，經過內部程序的運行，最終從PLC可編程控制器輸出接口Q1～Q4輸出分合閘指令，從而實現進線及聯絡柜的開關分合閘功能。

（2）PLC可編程控制器運行分析與程序分析

1）PLC可編程控制器采用施耐德公司生產的SR2-201FU可編程序控制器，根據供電方案控制系統的不同，可編制出不同程序來實現所要達到的不同控制功能。

本文所涉及到的程序是針對400V供電系統由兩路進線與一臺聯絡柜組成的供電方案進行控制。即由PLC可編程控制器來監測兩路進線電源情況與兩路進線斷路器與一臺聯絡斷路器的運行狀況來進行控制。例如：正常運行情況，將由兩路進線電源分別對相應的母線供電，實行分列運行，當PLC可編程控制器監測到其中一路進線電源異常，將由PLC可編程控制器發出指令把異常回路進線斷路器斷開。之后再發出指令合上聯絡柜斷路器，實現由另一路正常進線電源對兩段母線同時供電，等到PLC可編程控制器監測到原異常的電源已恢復正常時，再由PLC可編程控制器發出指令將聯絡柜斷路器斷開，之后再發出指令將電源已恢復正常的進線斷路器合閘，又實現了兩段母線分列運行狀態。見圖7，通過3SA轉換開關來實現進線柜和母聯柜開關手動操作，停、自投不自復和自投自復功能。

手動操作：是將聯絡柜3SA轉換開關置于手動位置，此時可以通過兩臺進線柜與一臺聯絡柜面板上的分、合閘按鈕進行人為的分、合閘控制。通過PLC可編程控制器程序閉鎖功能的控制，實現兩臺進線柜和一臺聯絡柜只能同時合兩臺，以防止兩臺變壓器合環或反送電而造成事故。

圖4 聯絡柜原理圖

圖5 1#進線柜原理圖

圖6 2#進線柜原理圖

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：在正常分列運行的線路，當其中一路電源出現異常時，由PLC可編程控制器發出信號將異常回路斷路器斷開，合上聯絡柜斷路器，當異常電源恢復正常時，PLC可編程控制器不會發出信號將系統轉回到分列運行狀態，此時只有將3SA轉換開關切換到手動功能才能解鎖進行操作。

自投自復：在正常分列運行的線路，當其中一路電源出現異常時，由PLC可編程控制器發出信號將異常回路斷路器斷開，合上聯絡柜斷路器，當異常電源恢復正常時，PLC可編程控制器將發出信號把聯絡柜斷路器斷開，經延時后再發出信號將已恢復正常電源的進線斷路器合閘，把供電方案又轉回分列運行狀態。

2）PLC可編程控制器編寫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與輸入信號及所相對應的功能一一對應。

圖7 聯絡柜原理圖

PLC可編程控制器程序分析：由程序表得知進線柜和聯絡柜的分合閘條件如下：

1#進線柜斷路器合閘條件：手動時，PLC可編程控制器I3輸入接口有輸入（即1#進線柜有合閘信號）→I8輸入接口無輸入（即聯絡柜斷路器處于分閘狀態）→IB輸入接口無輸入（即3SA轉換開關不是置于自動動狀態）→IC輸入接口有輸入（即3SA轉換開關置于手動狀態）→I2輸入接口無輸入（即I段進線電源有電）→I1輸入接口無輸入（即1#進線斷路處于分閘狀態）→I9輸入接口無輸入（即聯絡柜斷路器無故障）。滿足前面所有條件時，PLC可編程控制器將輸出出口Q1閉合，使1#進線柜斷路器合閘。自投時，PLC可編程控制器IB輸入接口有輸入（即3SA轉換開關置于自投狀態）→同時滿足手動合閘所有條件→PLC可編程控制器經延時2 s（可調）后將出口Q1閉合，使1#進線柜斷路器合閘。

圖8 程序控制圖

1#進線斷路器分閘條件：手動時不受PLC可編程控制器控制，由本柜的分閘按鈕進行分閘。自動時，當PLC可編程控制器檢測到I1、I5、I8輸入接口同時有輸入時（即兩臺進線斷路器和母聯斷路器同時合閘），或者I2/I6輸入接口有輸入時（即本柜的電源有異常時），PLC可編程控制器經過延時0.5 s（可調）后將輸出出口Q2閉合，使1#進線柜斷路器分閘。

2#進線柜斷路器分合閘與聯絡柜斷路器的分合閘的控制略同于1#進線柜斷路器，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

自運用PLC可編程控制器控制至今，本公司已成功運用了數百套PLC可編程控制器自動控制方案，效果十分顯著。PLC可編程控制器的運用具有可靠性強、安全性好、準確性高等優點，從而提高了工作效率與社會經濟效益，是一種經濟又實用的自動控制方案。投入運行數年以來，設備運行穩定，更能滿足無人值班的綜合自動化控制的要求，得到很多用戶和各界人士的好評。

6 結束語

只要在日常生活、生產中，勤發現、勤思考、勤動手，認真對待出現的問題，勤于思考、慎重分析，將不斷優化控制方案和解決所遇到的問題，這樣不僅對于企業來說可以節省很多的投資費用以及因設備故障所造成的經濟損失，而且對于自身素質和實際能力及水平都會有相應的提高。