PLC控制系统在发电站中的发展应用
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摘要: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。本文论述了PLC及其在发电站中的应用。
关键词:PLC 应用 控制系统
一、PLC的概述
PLC是专门为工业生产服务的控制装置。40年来,可编程控制器从无到有,实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃,其功能从弱到强,实现了逻辑控制到数据控制的进步,其应用领域从小到大,实现了单体简单控制到胜任运动控制。过程控制及集散控制等,今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流设备,发挥着越来越大的作用。
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。
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。
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。从PLC的机外电路来说,使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样,整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
二、PLC在发电站中的应用
(一)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。
(二)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。
(三)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。
(四)安装与布线的注意事项
开关量信号一般对信号电缆无严格的要求,可选用一般的电缆,信号传输距离较远时,可选用屏蔽电缆。模拟信号和高速信号线应选择屏蔽电缆。通信电缆要求可靠性高,有的通信电缆的信号频率很高,一般应选用PLC生产厂家提供的专用电缆,在要求不高或信号频率较低时,也可以选用带屏蔽的双绞线电缆。
PLC应远离强干扰源。如大功率可控硅装置、高频焊机和大型动力设备等。PLC不能与高压电器安装在同一个开关柜内,在柜内PLC应远离动力线。与PLC装在同一个开关柜内的电感性元件,如继电器、接触器的线圈,应并联Rc消弧电路。PLC的I/O线与大功率线应分开走线,如必须要在同一线槽中布线,信号线应使用屏蔽电缆。交流线与直流线应分别使用不同的电缆,开关量、模拟量I/O线应分开敷设,后者应采用屏蔽线。不同类型的线应分别装入不同的电缆管或电缆槽中,并使其有尽可能大的空间距离。如果模拟量输入/输出信号距离PLC较远,应采用4～20mA或0.10mA的电流传输方式,而不是易受干扰的电压传输方式。
(五)LC输出端的可靠性措施
继电器输出模块的触点工作电压范围宽,导通压降小,与晶体管型和双向可控硅型模块相比,承受瞬时过电压和过电流的能力较强,但是动作速度较慢。系统输出量变化不是很频繁时,一般选用继电器型输出模块。PLC输出模块内的小型继电器的触点很小,断弧能力很差,不能直接用于发电站的DC220v电路中,必须用PLC驱动外部继电器,用外部继电器的触点驱动DC220v的负载。断开直流电路要求较大的继电器触点,接通同一直流电路可用较小的触点。选择外接的继电器时,应仔细分析是用PLC来控制接通还是断开外部回路。
三、结语
目前在各行业的微机综合自动化控制系统中广泛使用的PLC,由于采用了上述的可靠性措施,在常年连续运行的情况下,PLC都得以长期可靠的工作。
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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