PLC在電力系統自動化工程中應用思路探討

張藝翔，魏祥

（鄭州鐵路職業技術學院，河南 鄭州 451460）

1 引言

在經濟飛速發展的新時代下，電力系統也出現快速發展，因為電力的使用頻率高、需求大，更需要保證供應的穩定性，這給電力系統的運行帶來新的挑戰。而且在互聯網背景下，電力系統逐漸實現自動化控制，并且自動化要求不斷提升。其中，PLC技術發揮了關鍵作用，作為可以事先編制好程序的控制系統，可靠性更高、操作靈活、安裝方便，運行速度也比較快，對于電力設備的自動化控制展現出很大的價值。特別是隨著時代的發展，未來電力系統中對于智能化技術的應用將更加廣泛，相關人員需要對PLC技術進行進一步研究和創新，探究其更多的應用途徑。

2 PLC技術在電力系統自動化工程中的控制原理

電力系統自動化工程是電力系統中關系到電氣設備運行的自動化管理模式，先進技術的使用可以實現電氣設備的自動化運維管理和處理，實現電網調度、配電等操作的自動處理。電氣自動化的特點，一是綜合化，借助傳感技術的支持，利用集成系統，對電力系統內部的機械設備進行整體控制，保證不同操作有序進行，也保證不同操作的落實在同一個時間節點實現，而且相互之間不會產生干擾。二是網絡化，借助無線傳輸技術，發揮網絡的作用，支持信號在不同模塊和指令之間的傳遞，保證每次傳播的數據信息都能清晰記錄在相應的載體中，保證設備可以按照命令秩序化的實現功能。

PLC是針對工業環境應用設計的控制系統，利用可編程的存儲器，在設備內部事先編制好一個程序，然后對設備進行運行。啟閉、定時等操作的控制，可以實現對電力設備運行、電力生產的自動化控制。PLC技術作用的發揮，需要同時做好硬件和軟件設施的準備（如圖1所示），一方面是硬件，最先考慮的就是PLC設備的型號，這需要考慮型號是否可以滿足使用要求以及硬件結構是否合適。一般來說，PLC類型分為整體式和模塊式，需要結合需求來選擇，這意味著電力系統需要結合實際情況選擇設備。如果電力系統需要長期生產和加工大量的產品，選擇的設備盡量比較統一，這樣方便進行集中管理和維護。之后就是設計I/O端口，這也需要結合實際使用情況控制端口數量。另外，開關大小以及智能運行都需要符合機電一體化生產的需求，不要設計過多的操作，防止硬件設備的性能無法滿足控制需求。另一方面是軟件，進行設計主要是基于PLC控制理論，最關鍵的就是軟件編程設計，這對于實現這個系統的實踐應用十分重要。進行軟件設計時，對于有需求的程序，需要設計好編譯功能，能夠將程序獲取的信息集中到一起，進行數字化轉換，變成可被控制中心識別的形式，一般來說使用的是圖解法，可以通過數據顯示的方式表示需要的控制操作。

圖1 PLC的基本組成部件

3 PLC技術在電力系統自動化工程中的應用優勢

3.1 提高工作效率

在電力系統自動化工程設備中應用該技術，可以借助自動化控制體系，改善設備的安裝程序，簡化安裝工序，提高安裝效率。同時借助該技術控制設備的運行，可以實現自動化運行，減少人為因素的干擾，提高工作效率。通過對該技術的合理運用，不僅能夠對電力系統的整體運行狀態及運行過程中遇到的難點問題做到實時監測與記錄，還能分別處理出現問題的環節，同時操控多個程序的運行，提高問題的處理效率，并且保證操作人員可以實時了解電力系統的運行工況，也對電力的平穩發展與社會生產及人們生活提供保障。

3.2 具有較好的兼容性

該技術的兼容性較好，可以與其他許多先進技術結合使用，改善電力系統自動化工程設備的運行情況。同時也因為該技術的兼容性，可以用于多種類型電力系統自動化工程設備的控制操作，為提高設備的效率而服務。該技術支持多個接口的設計，可以接入其他先進系統與設備，不斷豐富控制中心的功能。這樣方便操作人員結合電力系統的運行需求，對控制系統進行優化與調整，不斷提升其自動化控制水平。

3.3 具有較強的抗干擾能力

該技術應用過程中，使用了聚集性科技，可以使設備接收廣泛來源的信息，分別進行識別與收集，并可以提升抗干擾能力，防止信號、電磁、惡劣環境等造成的干擾，從而保證設備的穩定運行，更好的發揮其功能。

3.4 具有自我檢測功能

該技術應用過程中可能出現一些故障問題，此時技術自備的調控體系可以進行自我檢測，通過設備運行數據和狀態信息的收集，判斷出現故障的區域，準確定位，然后為操作人員發出警報，提醒操作人員進行處理。所以該技術可以提升對故障問題處理的反應速度，防止故障問題造成更大的損失。

4 PLC技術在電力系統自動化工程中的具體應用分析

4.1 數據收集和分析

PLC技術的應用，支持設備從電力系統所有設備設施中采集數據，將之傳輸到控制中心，方便控制中心掌握電力系統內部各個設備設施的運行情況。在移動網絡的幫助下，各類數據信息的采集與傳輸支持動態進行，也就是說，控制中心可以在傳感器+無線網絡的配合下，實時獲得設備設施的運行數據，這樣可以最大限度避免與其他設備運行期間出現故障，或者出現數據錯誤、遲報、漏報等問題（如圖2所示）。該技術可以控制電力設備的啟閉，配套使用視頻監控設備以及顯示設備，可以讓操作人員觀察某臺設備的運行工況，對其運行參數進行實時監控，以及可以顯示某臺設備的操作畫面，如開關、啟停等，這樣也是保證在PLC系統出現問題后，可以人工進行操作，防止出現問題。同時配合攝像機可以實現可視化管理，方便操作人員遠程查看。而且，設計人員可以在系統上設計警報系統，在出現故障時，提供聲光、語音報警，提醒操作人員進行及時處理。

圖2 某PLC設備在通信系統中的應用

4.2 遠程控制設備

需要在指揮室建立遠程計算機中心，設置好要求的PLC系統，這是自動化控制的核心，可以保證信號與數據的通信能力和可信度。還有就是監控系統，一般使用連接總線+互聯網的方式實現，保證安全運行。同時因為設備的移動速度和體積都在逐漸增長，運行起來消耗的動力也很大，為了保證動力供應穩定，在電力管理系統后加入自動化技術，實現對電力數據的深入分析，評估供應效果，進行調整，可以節約能源。另外，在電力系統中應用PLC技術，實現設備的自動化操作，可以自動在出現故障后進行處理，如將故障部位斷電，防止影響其他設備的運行。

4.3 在線監測系統

該系統是基于電力系統自動化手段比較成熟的條件下，結合電氣設備的作業環境，運用以太環網，形成在線監控系統，以避免因為供電帶來的嚴重事故。微機保護系統支持動態監控、歷史信息整合等，可達到無人值班的狀態。通過設置電力系統專用的通信平臺，實現各類監控資料的穩定傳輸。運用先進的手段，促使電氣設備管理更為自動化與現代化。系統將嵌入式應用該軟件，融入到電力系統設備監控與通信裝置上，支持現場信息采集與保護反應、通信和數據轉換。針對低壓漏電，配備分布式的運算方式，以規避出現短路、漏電等事故。借助神經網絡的設備手段，處理供電設備故障識別及定位的問題。系統支持對所有電氣設備運行情況的監督，并且配備的操作界面可以展示和操控某個設備的運行情況，這樣既可以自動化控制，必要的話也能提供人工控制，防止斷電的問題出現。特別是開關設備的啟停、電流電壓控制等都受此管理。同時，借助先進的視頻技術，還能支持對運行現場情況的可視化管理，方便控制中心進行分析和觀察。系統會實時收集數據，所以可以模擬未來短時間內的數據變化，這樣可以及時發現設備故障或其他問題的征兆，繼而輔助技術人員做出科學決策。

4.4 智能配電調度

這方面功能的落實，需要PLC技術在GIS系統和配電網絡基礎上，設計出自動調度系統，PLC技術在此系統中發揮一部分作用。借助原本的傳輸網絡，引入智能化技術，借助SCADA的運行，實時收集電氣設備相關的運輸線路，同時收集客戶端的數據信息，提供給集控中心，在GIS技術的支持下，實現對配電業務的遠程智能化控制。因為客戶端對于電力的需求逐漸增加，并且需求表現出不平衡的特點，在此系統支持下，操作人員可以利用SCADA視圖收集相關的數據信息，傳輸給控制中心，儲存在智能云盤，然后借助大數據技術等進行分析。之后管理人員可以按照自身需求，對分析結果給出的數據進行檢索，這樣可以對電力系統出現故障的綜合分析。比如，對于電能的計算，因為用戶不斷增加，用量不斷擴大，電網規模也日趨擴大，進行電能計算難度增加，電力系統運行時出現故障的可能也增加。此時借助智能化技術的應用，可以實現對電力系統的遠程檢查和缺陷處理，支持對配電運行狀況的實時監控，特別是支持進行自動功耗管理，從而提升電力系統運行效率。

PLC技術的應用也支持電力系統實現調度自動化管理。這是一項復雜的系統工程，涉及很多子系統，并且相互之間存在制約關系。比如，借助電氣自動化技術實現缺陷目標管理，需要及時發現這個缺陷問題，準確定位，并了解缺陷的類型等信息。之后，PLC系統會在數據庫內尋找出對此缺陷的處理方案，優化處理流程的設計，指揮相關設備與人員進行處理，實現一體化管理模式，提高缺陷管理和處理的流暢性以及系統性。同時，在上述過程中，對于缺陷的管理有多種方案，每種方案都可以解決缺陷問題，此時PLC系統主要是對方案的可行性、可靠性、經濟性等進行分析，選擇最佳方案。特別是電氣設備類型多樣，可能出現的缺陷問題也很多，給出的缺陷信息也不一致，需要分別進行處理。

4.5 機電一體化

該技術的應用還支持實現機電一體化，主要是可以解決設備運維存在的問題，保證設備運行的穩定性和生產效率。隨著網絡通信、遠程控制等方面技術的不斷發展，借助PLC技術也能實現機電一體化發展。比如，某大型電力企業，針對某個生產現場，可以建立遠程集控中心，負責管理現場所有的電氣設備，重點監管正在運行的設備，這樣可以保障生產效率。PLC技術的應用是為了實現對多個設備的同時、實時、遠程控制，這樣可以提升機電一體化的運維水平，減少人力的支出，減少運維成本。智能控制技術可以收集運行現場傳輸出的信息數據，集中到一起形成數據庫，為每個設備、每個機電一體化體系等，建立實時的數據庫，實現數據信息的實時更新，這樣不僅可以實時處理問題，也能在后期查詢數據，便于對其進行研究與技改。比如某發電機組，借助智控技術進行實時監督，還可以進行趨勢分析、實時報警等，實現無人運維。比如，借助PLC系統配合打造生產管理系統，與管理工作配合進行，比如，采集與傳輸數據信息等，保障數據采集工作的準確性、可靠性；支持進行風險預警，針對性地對不同的風險因素制定各自對應的防范措施，保障工作順利開展。支持對機械、開關等設備的集中監控，并能下發命令，同時記錄所有的運行操作消息，將采集到的信息處理后生成報表，保存在數據庫中，并有可溯源性。

5 結語

PLC技術在電力系統自動化工程中的應用，可以代替部分人工勞動，減少人力成本，這樣就能夠提升電力系統的運行效率，并且合理規避人工操作失誤造成的問題。同時，在PLC技術支持下引入智能化程序，可以對電力系統的運行實現高精準度的控制和決策，并支持對電氣設備運行數據的收集和分析。未來，企業和科研單位還需要進一步研究PLC技術在電力系統自動化工程的應用，提升自動化控制效果，這樣就可以提高電力系統的運行效果和穩定性，從而保證可以穩定供電。