电厂PLC控制系统分析与设计

李兆岭

摘 要：在电厂中存在着大量的开关量和模拟量信号，如电磁阀、气阀的开闭，电动机的启动停止，设备的电流、电压，气体的压力，液体的液位和流量等。应用可编程控制器（PLC）可以方便的对这些信号进行控制和检测，PLC已经成为电厂自动控制系统中非常方便可靠的控制手段之一。文章讨论了电厂中PLC设计中常见的问题，并对PLC在电厂中的实际应用进行了简单的介绍。

关键词：PLC；干扰处理；自动输煤

中图分类号：TM621.6 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）18-0013-02

1 PLC的选择

当今市场中PLC品牌众多，国内外知名品牌如台达、西门子、欧姆龙、GE、LG等。不同型号的PLC往往应用于不同的场合之中。其选择原则往往从以下几方面考虑。

1.1 系统的结构和规模

对于控制点数较少且控制逻辑比较简单的系统，一般选用简易PLC单机加直接扩展模块即可完成。但是对于点数比较多，控制对象比较分散且距离相对较远的系统，就需要外加远程通讯进行扩展模块。在系统设计过程中特别要详细计算系统中输入、输出点的类型和数量，从而合理选择数字量和模拟量输入输出模块的数量。需要注意的是，PLC控制系统要预留一定数量的备用点，用来应对调试过程中可能增加的新功能和新设备。

1.2 负载的类型

对于PLC的负载信号大致分为开关量和模拟量两种，分别对应使用开关量和模拟量模块。而开关量模块又分为继电器输入输出和晶闸管输入输出两种输出形式。当某些负载必须采用晶闸管输入输出时，如某些数显仪表，我们必须选用晶闸管类型的模块；当继电器类型和晶闸管类型的模块均可满足要求时，从经济性考虑，我们优先选择继电器类型模块。而对应模拟量负载，对于需要采集的数据可能是系统电压、流量、温度以及位置等，其输入输出信号类型可能是电压、电流、格雷码或者ASCⅡ码等，这时我们需要根据负载信号类型和数量，对应选择适合的模拟量模块。

1.3 PLC的处理器速率和存储器容量

比较简单的系统，往往控制程序比较简单，对PLC的运算速率和存储器大小要求比较低，从而可以选择对应的低性能简易PLC产品；对于系统规模比较庞大，控制比较复杂，要求响应速度快的系统，往往PLC程序的容量比较大，配置比较复杂，因而对所选用的PLC产品的内存和处理器能力要求比较高，就需要选择对应的运算速率快，存储空间大的高性能PLC产品。同时，在型号选择时，应尽量避免资源的浪费，在满足控制要求的前提下，应当避免选择性能太高的PLC。

1.4 PLC品牌的选择

①应该对应系统硬件选择组网最方便和系统各部分硬件兼容性最优的PLC产品。

②根据应用场合的环境和重要性，对于环境比较恶劣和比较重要的场合，由于国际主流品牌的PLC产品可靠性比较高，应尽量选择大品牌PLC。

③而对于一些环境较好，应用要求较低的场合，由于国产品牌质量也在不断提升，从经济性和支持民族产业的角度，应适当选用部分国产PLC产品。

2 PLC的抗干扰处理

电厂中往往存在大量大功率高频干扰源，其对PLC系统往往有着很大的影响，很容易造成PLC系统的误动作，甚至造成PLC的损坏。为了增强系统的可靠性，我们必须对PLC系统进行抗干扰处理。

2.1 电源的处理

电源中的谐波和感应电是PLC干扰的重要干扰源。对于谐波干扰我们可以采用在PLC电源端加装电子滤波器或者隔离变压器的方式来对其进行消除，而当电源中存在感应电时，则应选用带屏蔽层电源线，并且电缆屏蔽层应可靠接地。

2.2 输入输出回路的处理

对于信号电缆距离较长或者与强电有连接时，数字量输入输出端口应加装中间继电器，进行信号隔离。

对于模拟量信号，信号线应选用屏蔽双绞线，屏蔽层应可靠接地。

对于干扰较大的场合，信号线应外套金属管，金属管应采取多点接地保护。

同时还可以在信号端口处加装信号隔离器，对PLC系统进行隔离保护。另外，从所选取的信号类型上，对于信号传输较远的场合，PLC信号应选择4～20 mA电流信号，而不应该选择容易受到影响的电压信号。

2.3 系统的安装和线路的布置

PLC模块的安装应远离高频大功率器件，对于无法回避强干扰源的场合，应对PLC进行屏蔽隔离保护措施。PLC的控制线和通讯线应单独布置，并且远离动力线等大功率干扰源，避免与动力线近距离平行排布，以免对信号造成干扰。

2.4 系统接地

PLC控制系统接地应与外部系统接地网分开，形成单独接地，避免外部干扰从接地系统引入。对于PLC系统接地其接地电阻应小于4 ？赘，PLC系统各个模块接地端子应与地可靠连接。

3 PLC在电厂中的应用

3.1 PLC在在供配电网络中的应用

作为一种新型的微机控制器，PLC可以用内部软件式的继电器代替传统的硬件继电器，同时应用编程的形式，用内部逻辑运算代替传统硬件逻辑组合。因此，PLC在继电保护中的引入，一方面，它避免了由于传统继电器本身触电以及线圈算坏或者失效，造成的系统误动作或者不动作；另一方面，PLC兼容传统接触器继电器的控制思想和设计方案，特别对于逻辑关系非常复杂的情况，应用PLC进行编程控制，可以使系统设计和施工变得十分简便。下面我们介绍PLC控制系统在低频减载和自动投入备用电源中的应用。

功能框由多功能继电器构成，其与微处理器保护的典型图基本相同，它们之间的差别是，该设备把常用的微处理器继电器逻辑电路划分为PLC和保护继电器组两部分。依据不尽相同的保护对象（线路保护、电容保护、变压器差动保护等）。由保护功能不同的继电器组构成，把设备划分为几个常用的型号，其中每个单独功能的器件都符合正逻辑原则，在PLC里设定动作节点。

例如，当某个欠电压机构动作时，就有一个对应的PLC开关量输入点接通，而当某个过电压机构动作时，也会有另外一个PLC的开关量输入点接通。

当用PLC编写低频减载程序时，梯形图把常规继电器的返回系数和响应时间理想化了。其主要原因是PLC的微处理器功能，程序在PLC中是不断循环扫描的。其扫描周期由整个程序的逻辑构成决定，往往整个程序的扫描周期以微秒为单位计算，因此扫描时间可以直接忽略。

因此把继电器放在梯形图对应的线圈后，继电器的响应时间可以近似为零。这样就使低频减载功能和备用电源的投入和切除可以简单快速的完成。继电保护装置内置PLC在电厂从设计到安装调试可以看出，PLC强大的灵活编程能力可以方便及时地解决调试过程中遇到的问题。

3.2 PLC在电厂自动输煤控制系统中的应用

电厂的输煤系统一般由卸煤、上煤和配煤三个工艺流程组成。整个系统依靠上级工控机完成输送带带中心度检测和设备运行情况监测等功能，应用PLC完成现场设备的自动控制。整个输煤自动控制系统由本地控制结构、现场PLC控制站和输煤控制中心三部分组成。

由于输煤系统中的各种设备在功能上相互关联，设备安装的物理位置比较分散，自动输煤系统需要在PLC主站基础上增加若干个远程控制分站。整个系统利用PLC远程站对输煤现场的运行状况进行监测，并且把现场设备的运行数据连接到对应的PLC主站，再通过工业以太网或者PROFIBUS-DP网络把数据传输到输煤远程控制中心。

最终通过控制中心工业计算机对系统数据进行分析处理，完成输煤系统中心站对系统所有设备的监视和控制。在该系统中，PLC和工业计算机是以下位机和上位机的关系进行数据通信的，输煤控制中心完成了设备传送带跑偏信号和设备运行状态的实时监控，并且可以把整个系统的运行状态显示在工业计算机显示屏上，从而可以直观的观察到输煤设备的运行情况。而现场PLC的动作由自动开关的输入信号控制，从而使相应的程序工作得以完成，并将设备的实时工作信息传输给上位机；同时，PLC也可以接受上位机发出的控制信号和操作命令，如故障停机和系统报警等功能。根据以上功能得出，只有实现上位机和PLC之间的良好配合，才能实现整个电厂电厂输煤的自动控制功能。

PLC的连锁控制和本地手动功能：

①PLC的连锁控制。自动输煤系统中的每个设备的运行和停止都是按照相应的工艺流程进行的，彼此间相互间互相影响互相制约，存在一些连锁条件。例如输煤设备的运行和停止，当启动延时时间设置为10 s时，停车延时时间的设定应当根据设备的实际运行状况进行，可能设5 s或15 s。如果设备运行过程中发生了故障，系统应故障报警，并且应同时自动停车，然后上料设备和后续设备都应按照要求顺序联锁停止运行。

②远程手动控制。远程手动控制是电厂自动化控制的重要补充，当控制按钮安装的位置比较远时，就需要在现场对应设置一个远程控制开关，来控制输煤设备，而当开关本来距离较近时，就必须本地手动控制。此时，程序中应该有对应的连锁切换控制，以及必要的安全保护。

4 结 语

PLC的编程技巧简单易学，而控制思路本身和常规继电器保护相当吻合，并且自由度高，方便技术人员自由发挥，使配置PLC的继电保护装置更加简单易操作，型号选择和使用更加方便。随着PLC制造成本的不断降低，PLC的应用逐渐大众化，更多的工厂企业把PLC应用于生产线中，而PLC在各个电厂各生产环节中的应用也越来越广泛。随着我国经济水平的不断提高和自动化控制程度的迅速提升，PLC的应用将持续保持快速增长的趋势。

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