PLC在电气自动化中的应用及发展前景

杨彦青，宋 星

杨彦青，宋星/台州职业技术学院讲师（浙江台州 318000）。

一、PLC的定义和特点

作为一种专门为工业而设计、旨在提升工业环境安全的数字运算操作系统，可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）可以对工业数据进行模拟以及编程，这是由于在自身的存储器内部可以执行一些特定的操作，比如逻辑的运算、顺序，以计数等指令来进行控制，还可以对一些常见的模拟量和数字量进行inlet和outlet，实现对电机或者器械以及流程的控制。

PLC技术主要是以计算机计数及接触器控制技术为基础的一项技术。传统控制器系统内部接线较为复杂，可靠性低、耗能高以及灵活性差，PLC近年来正逐渐取代传统系统运用于电气自动化中。由于PLC内部的辅助继电器代替了传统的机械触电继电器，以逻辑关系代替原来的连接导线，所以这类继电器的节点变位时间可以认为无限趋近于零，并且不需要考虑传统继电器的返回系数；PLC控制系统的抗干扰能力非常强，远远优于传统的继电器技术，适合复杂的工业操作环境；它的操作也很简单，采用简单的指令形式，直观形象的简单程序使得操作人员能够快速上手。

二、PLC在电气自动化中的应用

（一）顺序控制

火力发电系统内辅助操作系统的工艺流程多为顺序控制以及开关量控制两种。随着经济发展，国家对于节能减排的要求越来越高，电气行业实现生产过程中降低能源损耗且提高效益，已成为各大企业管理的终极目标。所以企业对于车间自动控制水平的要求也逐渐提高，目前大型火电企业的辅助系统均用PLC控制系统代替了原继电控制器，PLC控制系统现在还能单独控制某一条工艺流程，且协调全厂的生产工作。

1.输煤自控系统。好的输煤自动控制系统主要由三方面因素来决定：首先是生产的安全性，其次是能不能提高整个车间的生产效率，最后是能不能切实优化工人的生产环境，保证工人的健康。目前，很多煤电厂都淘汰了常见的弱电控制输煤系统以及人力控制系统，采用微机控制。四大部分构成了燃煤电厂的输煤系统：储煤系统、配煤子系统、上煤子系统和卸煤系统等，输煤系统控制方案多采用输煤控制系统。我们可以用分层网络结构的方法将其分成三层 （从纵向的角度看）：第一层是主站层、其次是IO层站、最后是传感器[1]。其中主站层由以下两部分组成：PLC，即可编程控制器和人机交互接口设备，PLC的中央处理器采用双机热备配置，通讯模件则以冗余配置为模式，主站层的所有设备都集中安置在输煤集控楼内；远程IO站设备通过光纤和主站层控制机之间进行连接，通过二次控制电缆和输煤传感器 (含执行机构 )之间进行信息交流。输煤自控系统以控制室集中控制的模式，就地设置紧急拉线开关检修启停按钮[2]。而控制室主要以PLC程序为主，以带有连锁或者解除连锁手动控制作为辅助手段。操作员则可通过显示电脑对主要输煤设备实行监控，工作条件得以改善，劳动生产率亦提高了很多。

2.工厂除灰系统。随着人们对人居环境的重视，更多的环境保护政策相继出台，电厂亦开始重视环保和废物再利用技术。为了再利用电输尘下来的粉煤灰，气力除灰系统已被广泛推展开来。传统的气力除灰系统主要是通过继电器逻辑电路顺序来控制，目前大多被可编程逻辑控制器PLC为主核心的顺序控制系统代替。PLC控制系统在除灰系统中的核心控制部分，它的主要控制对象包括了送风机、气化风机、加热器、仓泵、卸灰装置、收灰风机、布袋除尘器以及管道压力等，部分输入输出控制结构都较复杂。它也可以由PLC、二次仪表、传感器以及主控柜等组成，可按照网络结构分成下位机控制器以及操作员站两部分[3]。对于系统可靠性要求较高，用PLC双机热备（硬热备）是上佳之选。PLC的软件基本上都是采用模块化设计架构，既便于修改，又具备较高的可读性，市场调试也很方便，整个系统程序主要由N个功能模块和一个主程序的模块集合而成。PLC的远程站完善的功能，能够实现电厂锅炉除灰系统的自动控制。

（二）闭环控制

自动电力系统的控制流程，跟如下变量有关：压力、流量、温度和速度等模拟量，需要对它们进行连续变化监控。起初PLC控制系统在闭环控制上没有优势，当技术更新后PLC亦具有了闭环控制这项功能，到目前为止这一技术已发展得较为成熟。PLC模块生产厂家在生产过程中基本都具备了PID指令，能够非常容易地进行PID控制，而且它的控制程序是由PLC原厂家设计并置于模块中的。用户在使用时仅需设置一些常用的参数，简单方便。直接采用PID指令能够轻松实现基于PLC的PID控制，经济性较高[4]。

1．油泵、水泵电动机。启动发电机厂的调速器油泵的方式非常多，比如机旁屏启动、自动启动等。每台控制器都可以自动运行，而且调速器油泵都可以根据已经运行的累计时间，下次开机时优先选择累计总时间最短的泵当做主泵，其他的泵当做备用泵。当调速器压油罐的压力降低时，主泵便会自动启动，若持续降到整定值，备用泵便会相继启动，向压油罐加油。现地控制箱的手动启动方式首先需要将机旁屏上的控制方式设置为“手动调速器”启动方式，直接在控制箱上按启动或者停止按钮，便可以启动调速器的油泵。可以采用PLC按照各自的运行时间长短选择主用泵或者通过手动来确定，PLC程序重启后，程序将默认主用泵。而且PLC控制系统会直接输出2台油泵的优先启动权以此选择继电器，PLC输出启动油泵的命令后，会选择最优先启动的继电器。PLC控制油泵分为自动控制和常规控制，两者互相合作。常规回路可以作为整个PLC控制系统的辅助补充，是整个油泵控制系统的安全回路。所以现实情况中即便PLC出现技术故障，调速油的供给也不会突然中断，确保了所有机组运行的稳定性。

2.发电机调速。水轮机的调速器可以确保整个水利发电机组的稳定运行，进而影响到整个机组运行的可靠性和稳定性。调速机的发展前后主要经历了三个阶段：机械液压型调速器、电气液压型调速器以及微机调速器。PLC整个调速器的控制系统主要由以下三个关键部分组成：转速测量单元、电子调节单元以及电液执行单元，它能够驱动导水机构、测量转速以及调节规律等三个功能单元，控制调节规律通过软件实现，而且稳定不易出状况。到目前为止，积分微分、PID控制系统仍是水利发电机组中使用最为广泛的控制系统。

（三）开关量控制

PLC的实质是用内部已经定义完全的各种辅助继电器替换原来的机械触电继电器，而且可以认为内部各继电器节点变位的时间近似等于零。它运行的时候只需考虑其在0-1的状态就可以，传统的继电器则需要返回一定的系数，所以用它作为开关量控制非常适合[5]。

1．断路控制器。先前的火电系统内部大多使用电磁型继电器作为主要的控制元件，而PLC控制系统则安装了大量的电磁元件，但自身拥有大量的触点，这使得系统可靠性大幅度降低，且接线也很复杂维修困难。近年来PLC大量代替实物原件，大大提高了可靠性和安全性。运行人员只需学会分合闸操作，操作过程中根据系统给出的指示信号执行下一步的操作，能在系统出现故障时自动分闸，并给出相应的信号指示即可。PLC能够大大简化二次接线，每个线路都有各自的公共端且接线过程中不易发生错误，无需配置相应的专门闪光电源，只要能够符合要求，进行简单的接线便可以满足相应的要求。而且PLC控制系统可以简化相应的辅助开关数目，实现多台断路控制器之间的控制，集中显示信号，减轻工作人员间的维护和检修工作难度和工作量。

2.自动切换。供电可靠性的提高有着积极的意义，为提高其可靠性，火电企业便在装置中引入备用电源。最初都是手动或者自动供回电线路操作，虽然该操作过程时间较短暂，但是对于要求连续供电的用户来说则是不可行的。所以，针对此种情况，在装置中引用PLC构成的备用电源，能够通过编程实现各种运行方式，并将在设备正常运行过程中的信号作为电源启动或者关闭的判断依据。由于这个系统具备逻辑判断和数据处理的功能，所以它可以作为备用电源来完成自投操作，还能顺便考虑整个系统的运行情况和其他的各种操作要求。系统本身具备超强的抗干扰能力，可靠性高、调试操作方便简单、接线容易、运行成本低等。实践证明，用PLC作为备用电源投入到控制系统是一种较为可靠且经济运行方式，极大提高了设备的自投功能的供电稳定度，明显改善了运行效果。

三、PLC在电气自动化中的发展前景及建议

PLC是一种专门在工业环境下的电子操作系统，能够在无任何保护措施的工作情况下使用。但是当其工作环境过分恶劣或者充满了电磁干扰的时候，程序便会出现运行错误，这将导致设备失灵乃至殃及整个系统。这将要求厂家提高PLC控制系统的稳定性和可靠性，提高控制系统的抗干扰能力，另一方面设计、安装和使用维护也要多加重视，多方合作消除干扰。

目前集散型控制系统DCS技术日益完善，应用经验丰富。然而现在则处于停滞状态，如何促进它大幅度地进步，关键在于实现通用化的硬件平台并融合PLC。微电子技术和控制技术的进步，PLC控制系统和DCS系统能够互相取长补短，走向同化。随着现场总线技术的进步和现代化热工自动化技术的成熟，控制仪表也越来越数字化、智能化，电厂的自动化控制水平也提高到了一个新高度。为了能够在更为广阔的领域适应工业化的生产流程控制需要，PLC控制系统作为国际通用网络的重要组成和自动化控制网络的部分，其产品将更加丰富，规格也将更加完善和齐全，而且能够在电气自动化的发展过程中得到更加广泛的推广和使用。

[1] 刘善增.PLC控制系统的可靠性设计[J].工业控制计算机,2004(7):39-41

[2] 刘海荣，赵湛．PC—P LC集散控制在船闸电气自动化的应用[J]．工业控制计算机,2007，20(4)

[3] 刘新正.PLC控制系统的开发与应用[J].新世纪水泥导报,2005(2)

[4] 郑晟,巩建平,张学.现代可编程序控制器原理与应用[M].北京:科学出版社,2003

[5] 叶晓晖.PLC在电气自动化中的应用现状及发展前景概述[J].中国新技术新产品，2009（15）：144-145