电厂PLC控制系统分析与设计研究

王飞

（神华国能哈密煤电有限公司，新疆 哈密 839000）

电厂PLC控制系统分析与设计研究

王飞

（神华国能哈密煤电有限公司，新疆 哈密 839000）

为对电厂各类形式的开关量和模拟量信号进行有效的控制和检测，电厂尝试建立了PLC控制系统，实践证明PLC控制系统可以达到预期的使用目的，所以越来越受到电厂的重视，并不断加大相关投入。在此背景下，本文在对PLC进行系统分析的基础上，结合PLC在电厂中的应用现状，对其进行针对性的设计，为提升电厂PLC控制系统的性能作出努力。

电厂；PLC控制系统；设计与分析

0　引言

现阶段电厂已经认识到应用PLC控制系统的有效性，并结合PLC的性能不断进行应用创新，但现阶段在应用的过程中仍存在诸多问题，如受现场条件限制在老设备改造工程中强行将上百米的强电缆与PLC信号电缆设置在同一电缆沟内，对PLC控制系统的性能产生影响等，所以针对电厂PLC控制系统分析与设计展开研究具有重要的现实意义。

1　电厂PLC控制系统设计中产品类型的选择

现阶段PLC控制系统表现出多样化的发展趋势，电厂要结合自身的实际需要，选择合适的PLC控制系统，需要从以下方面考虑，首先，PLC控制系统的结构和规模，PLC单机与直接扩展模块相结合的方式可以实现对控制点和控制逻辑层次均较少的系统进行有效的控制，而相反情况的系统需要在此基础上增加远程通讯扩展模块，在设计时需要结合具体的输入输出点数量和种类等，进行数字量和模拟量输入输出模块数量的确定，而且要为系统功能的增加预留备用空间[1]。其次，负载类型，现阶段PLC控制系统负载信号主要包括对应开关量模块的开关量和对应模拟量模块的模拟量两种，前者又被分为继电器输入输出和晶闸管输入输出，当现实情况允许两种输入输出形式同时实现的情况下，现阶段主要以前者为主，因为其经济性相比更加突出，而模拟量在应用使需要结合负载信号自身属于的类型和拥有的数量等进行选择[2]。再次，处理器速率和存储器的容量，其主要根据控制系统的复杂程度和系统的规模等进行确定，考虑到资源利用率问题，通常情况下，应在PLC控制系统满足要求的前提下，避免其性能过高。

另外，品牌方面，应首先考虑PLC控制系统产品与电厂现有组网接入和兼容的效果；其次，有意识的在对PLC控制系统性能要求更加严格的特殊结构应用知名品牌；再次，在对PLC控制系统性能要求相对较低的结构，考虑到经济性，应选择国内信用较好的品牌。

2　电厂PLC控制系统的抗干扰处理

电厂的特殊环境决定，PLC控制系统的运行可靠性会受到影响，所以在电厂应用PLC控制系统的过程中应有意识的采取抗干扰的措施，现阶段应用的处理方法主要包括以下几种。

（1）电源方面。电厂中的电源生成的谐波和感应电会对PLC控制系统的性能产生直接的干扰，现阶段人们主要通过PLC电源端和电子滤波器结合应用的方式或对变压器进行隔离的方式控制谐波的干扰；通过带屏蔽层的电源线接地处理提升对感应电干扰的抵抗能力，效果显著[3]。

（2）输入输出回路方面。PLC控制系统应针对不同的情况采取对应的抗干扰处理方法，例如通过将数字量输入输出端口与中间继电器相结合的方式对与强电连接的信号电缆或距离较长的信号电缆实现信号隔离，降低其产生的干扰；通过用屏蔽双绞线替代传统信号线的方式，在屏蔽层接地处理的基础上实现对模拟量信号干扰的处理；通过将多点接地处理的金属管外套在信号线上的方式，实现对强干扰的处理；通过新号端口与信号隔离器相结合的方式，实现对系统的运行保护等。除此之外，结合干扰强度选择相应的PLC信号也是有效的方式，例如实践证明4~20 mA的电流信号在提升系统对长距离传输干扰的能力具有积极的作用。

（3）系统安装和回路布置方面。电厂中的高频大功率器件会对系统的运行情况产生直接的影响，所以在设计时应有意识的加大两者的直线距离，但在现实场地或其他条件不允许的情况下，应通过屏蔽隔离保护等措施使PLC系统正常运行；另外，在设计的过程中应有意识的将系统的控制线和通讯线分别独立设计，并有意识的避免两种线路与大功率干扰源接近或平行，例如动力线等。

（4）系统接地方面。由于接地系统很可能引入外部干扰因素，所以在设计的过程中应有意识的将PLC系统和外部系统的接地网分别独立设计，另外，PLC系统接地电阻应在4 Ω以下，而且接地的效果要得到保证。

通过以上方法，可以进一步保证电厂PLC控制系统在运行的过程中可以达到预期的目的，可见电厂PLC控制系统的应用于具体的设计之间具有密不可分的关系，所以本文结合电厂PLC控制系统的实际应用，对其设计进行深入的分析。

3　电厂PLC控制系统的应用

（1）电厂供配电网络中PLC控制系统的应用。PLC将传统的硬件继电器用软件式的继电器替代，并将传统硬件逻辑组合通过编程方式的内部逻辑运算取代，在电厂PLC控制系统设计的过程中有意识的将PLC添加到继电保护中，可以使传统继电器的触电问题、传统继电器线圈失效故障等有效解决，降低系统误动或停止运行等问题的发生效率，而且PLC能够实现对传统接触式继电器控制思想、设计方案等方面的包容，使设计过程简单化，大量重复进行的编程工作被直接的舍去，可见其在电厂供配电网络中应用具有可行性。电厂的功能框通常是由具备丰富功能的继电器组成，这虽然与微处理器保护之间具有加大的一致性，但多功能继电器通常将微处理器继电器的逻辑电路以保护对象为划分标准，分成保护继电器组和PLC控制系统两个部分，所以在设计的过程中，需要将电厂的PLC控制系统设计成多个且功能存在差异的继电器组成的整体，但要保证其中每个独立期间都遵循正逻辑原则，然后在PLC控制系统中对其动作节点进行针对性的设计，以此保证PLC控制系统在供配电网络中可以发挥预期的作用。例如当供配电网中出现某个欠电压或过电压的机构发生动作的现象时，自然会出现一个对应的PLC开关量的输入点被接通，以此实现PLC控制系统的针对性控制。但需要注意的是，在PLC对低频率减载程序进行编写时，会无形中将常规继电器的返回系数、响应时间等美化，使梯形图并不能准确的显示客观问题，这主要是因为PLC控制系统自身具有微处理器的功能，会使编辑的程序在系统内部进行循环连续的扫描，而具体的扫描周期通常由系统自身默认的微秒作为扫描间隔，由于其时间跨度过小，所以通常被直接舍去，这种被美化的常规继电器的返回系数、响应时间将会影响PLC控制系统的控制精准度，所以在设计的过程中应有意识的进行针对性的优化。现阶段通常在PLC控制系统绘制的梯形图所对应的线圈后直接安装继电器，使继电器的相应时间得到缩减，甚至近似消失，这一方面可以使电厂供配电网所具有的低频建在功能可以结合PLC控制系统的指令快速的进行相应；一方面又可以使供配电网中的备用电源结合实际需要投入或切除，既保证电厂供配电网的可靠性，又避免电能资源的浪费。通过上述分析可以发现，在设计的过程中对PLC控制系统的功能和常见问题进行针对性的强化或避免后，将PLC控制系统应用于电厂的供配网中，对提升供配网的整体性能具有积极的作用。

（2）电厂自动输煤控制系统中PLC控制系统的应用。卸煤、上煤、配煤是电厂输煤系统的主要工艺，三种工艺能否有效的连接，而且有序的进行，直接关系电厂输煤系统的运行状态，对电厂的生产能力之间具有密切的关系，将PLC控制系统应用于电厂自动输煤控制系统中，可以在对输送带带中心度检测和设备运行情况检测的基础上，实现对输煤系统应用设备的自动控制，使输煤系统的运行效率和质量等得到保证。现阶段通常用本地控制结构、PLC现场控制站和输没控制中心构成电厂输煤控制系统，在针对性的设计过程中，需要结合各结构的功能以及运行原理进行。首先，在设计的过程中考虑到电厂输煤自动控制系统中各种设备在功能上具有密切的关系，但受输煤系统作用的影响，布局较为松散，为提升PLC控制系统的控制效果，需要将远程控制分站结合实际需要合理的布置，利用远程控制分站实现对电厂输煤自动控制系统运行状况的实施监督，PLC主站的职责由原有的现场监督转化为对远程控制分站检测结果的接受，然后，利用以太网等将收集和整理的数据向电厂输煤远程控制中心有效传送，通过位于控制中心的工业计算机对检测数据的分析和整理，对电厂输煤自动控制系统的运行状态进行判定，并针对性的下达控制指令，实现自动化控制。通过上述分析可以发现，上下位机之间的关系是PLC和工业计算机之间实现数据通信的主要依据，所以在针对性的设计过程中应强化上下机之间的关系，保证远程监控站的数据可以实时、全面的在工业计算机界面显示，为自动化控制提供数据支持。需要注意的是现场PLC的控制行为是否发生主要取决于自动开关的输出信号，但受上位机的指令和信号影响，这要求在设计的过程中对上位机和PLC之间的配合度进行针对性的优化。

在对应用于电厂输煤控制系统的PLC控制系统进行设计的过程中，需要注意控制系统的设备之间具有密切的关系，而且其运行状态以对应的工艺流程为依据，为保证电厂输煤自动控制系统的运行状态和运行的安全性，需要设置手动控制装置，当现场的条件决定控制距离较远的情况下，需要在近程手动控制装置的基础上设置远程手动控制，这也是将自动控制系统与人工控制相结合的具体体现，对提升电厂生产的安全性和可靠性意义突出。

4　结论

通过上述分析可以发现，PLC控制系统在电厂具有广阔的应用空间，但其设计难度相比单机设计要更大，需要设计人员对PLC控制系统功能、执行速度等产生较全面的认识，并结合通讯接口、协议等因素进行，所以电厂在认识到PLC控制系统的重要性的同时，应有意识的强化相关设计能力，保证其作用充分的发挥。

[1] 唐宇毅.电厂含油污水处理的PLC控制系统设计[D]．广州：广东工业大学，2005．

[2] 郭葆文，丁彦宾，殷玉恒．基于PLC的燃煤电厂输煤控制系统的设计[J]．应用能源技术，2015,01:45~49．

[3] 李兆岭．电厂PLC控制系统分析与设计[J]．企业技术开发，2015,18:13~14．

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1671-0711（2016）09（上）-0116-02