PLC控制系统在电气行业中的应用

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　　摘要:PLC是为了在工业环境下使用而设计的一种可编程逻辑控制器系统。该种技术是计算机技术与继电接触控制技术相互结合的产物,其解决了传统控制系统内接线复杂、可靠性低、耗能高以及灵活性较差等缺点,近年来被广泛应用于电气行业中。结合工作实践经验,本文首先介绍了PLC控制系统的背景及特点,其次从顺序控制,开关量控制和闭环控制等方面论述了其在电气行业的应用,最后展望了PLC控制系统的发展前景。
　　关键词:PLC控制系统;电气行业;应用;控制;发展前景
　　
　　前言:随着电气自动化的不断发展和推广,PLC在世界各地得到了广泛应用。可编程控制器简称--PLC是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。
　　
　　1 PLC控制系统的发展背景及特点
　　(1)PLC是由模仿原继电器控制原理发展起来的,二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制,首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令;并通过数字输入和输出操作,来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求,并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行,以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器,在程序运行过程中,每执行一步该计数器自动加1,程序从起始步(步序号为零)起依次执行到最终步(通常为END指令),然后再返回起始步循环运算。
　　(2)PLC的主要特点是反应快。由于PLC控制系统用内部已定义的辅助继电器替换了传统的机械触电继电器,并去掉了原来的连接导线而代之以内部逻辑关系,因此,该类继电器的节点变位时间可以近似的认为为零,无需考虑传统继电器的返回系数;可靠性强。 该种控制系统的抗干扰能力远远高于传统继电器技术,能够适合于较为复杂的工业环境;操作简单。该种控制技术采用简单的指令形式,往往采用些形象、 直观的简单程序来适应现场操作人员往往参差不齐的电气专业技术。
　　
　　2 PLC控制系统在电气行业的应用(发电站为例)
　　2.1 发电站工业环境的特点
　　发电站的空间存在极强的电磁场,发电机的电压高达数千,电流高达数百安甚至数千安,开关站的输出电压高达数十千伏或数百千伏。由于现场条件的限制,有时上百米长的强电电缆和FLC的信号电缆不能有效的分隔开,甚至只能敷设在同一电缆沟内。高电压、大电流接通和断开时产生的强电干扰可能会在PLC输入线上产生很强的感应电压和感应电流,足以使PLC输入端的光电锅台器中的发光二极管发光,使光电耦台器的抗干扰作用失效,导致PLC产生误动作。与一般的工业环境不同,发电站的继电器控制系统中的继电器和执行机构使用的是直流220V电源,在设计PLC的输出电路时,应充分考虑这一特点。
　　2.2 对电源的处理
　　电源是干扰进PLC的主要途径之一,电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的,各种大功率用电、发电设备是主要的干扰源。在电力系统中,如果使用220v的直流电源(蓄电池)给PLC供电,可以显著地减少来自交流电源的干扰,在交流电源消失时,也能保证FLC的正常工作。某些PLC的电源输入端内有一个直接对220v交流电源整流的二极管整流桥,整流滤波后的直流电压送给PLC内的开关电源。开关电源的输入电压范围很宽,这种PLC也可以使用220v直流电源。使用交流电源时,整流桥的每只二极管只承受一半的负载电流,使用直流电源时,有2只二极管承受全部负载电流。考虑到PLC的电源输入电流很小,在设计时整流二极管一般都留有较大的裕量,这种PLC如使用直流220v电源电压不会有什么问题。
　　2.3 抗干扰的隔离措施
　　PLC内部用光电锅台器、输出模块中的小型继电器和光电可控硅等器件来实现对外部开关量信号的隔离,PLC的模拟量I/O模块一般也采取了光电锅台的隔离措施。这些器件除了能减少或消除外部干扰对系统的影响外,还可以保护CPU模块,使之免受从外部窜入PLC的高电压的危害,因此一般没有必要在PLC外部再设置干扰隔离器件。
　　如果PLC输入端的光电耦合器不能有效地抵抗干扰,可以用小型继电器来隔离发电站中用长线引入PLC输入端的开关量信号。光电耦合器中发光二极管的工作电流仅数毫安,而小型继电器的线圈吸合电压为数十毫安,强电干扰信号通过电磁感应产生的能量一般不可能使隔离用的继电器吸合。有的系统需要使用外部信号的多对触点。为了提高抗干扰能力,PLC的外部信号、PLC和计算机之间的串行通信线路也可以用光纤或带光电耦合器的通信接口来隔离,在要求防火、防爆的环境更适于采用这种方法。
　　
　　3 PLC控制系统的发展前景
　　(1)自动化系统中所使用的各种类型PLC,有的是集中安装在控制室,有的是分散安装在生产现场的各单机设备上,虽然它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中,但PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置,在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施,故具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行稳定性和较高的可靠性,因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。
　　(2)增强抗干扰性。如生产环境过于恶劣,或是电磁干扰异常强烈则也可造成PLC控制系统的运算或是控制错误,导致在某些生产环节出现错误而不能保证正常的生产运行,因此,提高PLC的可靠性是其未来发展的主要方向,其一方面要提高抗干扰能力同时在设计、安装以及使用过程中引起重视,尽量减少对其造成负面影响。网络化、 数字化。 目前用于火电系统控制系统的DCS虽技术日益成熟但近年来其发展日趋缓慢,PLC的产生及发展使其与DCS相互吸收彼此特点,逐步同化,并逐步发展成为新的控制系统――FCS系统,其既保留了原来系统的特性又实现了工业自动化技术的发展,并使数字化、 智能化控制得到进一步的发展和应用,因此其近年来在电气行业应用日益广泛。
　　
　　4 结语
　　PLC是为了在工业环境下使用而设计的一种可编程逻辑控制器系统。其存储器采用了可编程序以实现在其内部存储进行运算、控制、记录等操作指令,并可以将存储内容通过数字或模拟量等形式进行输入或输出来控制工业生产过程。为了能够更广泛的适应未来各种工业生产过程中控制场所的需要,PLC控制系统作为自动化控制网络和国际通用网络的重要部分其产品将会更加丰富,规格也会更加齐全,并将在人类电气自动化发展过程中发挥更加广泛的作用。
　　
　　参考文献:
　　[1]孙淑华.论PLC控制系统、应用[J].科技促进发展,2009年06期.
　　[2]崔光辉.试述PLC控制系统及其应用[J].黑龙江科技信息,2009年第24期.

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