PLC在过程控制中的作用

1、 PLC与电气控制在过程控制中的运用 电气运行与控制 张文军 通过200多个学时对PLC技术的培训，初步了解了PLC与电气控制在过程控制中的运用的广泛性、重要性、科学性。现在从工厂生产实际的过程控制出发，浅显地探讨PLC与电气控制的发展现状、应用的优缺点以及今后发展前景。对今后的电气控制应用专业提出新的见解，体现了新形势下的PLC技术发展的新要求。一 PLC的简介1.1 PLC的发展在工业生产过程控制中，大量的开关量顺序的控制，需要按照一定的逻辑顺序条件进行一定的顺序动作，并按照相应的逻辑关系进行连锁保护动作的控制以及数据的采集。传统上，这些控制是通过气动、液动和电气控制系统通过继电-接触控制

2、来实现的。上世纪60年代末，美国通用汽车公司根据要求研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，利用程序化的手段应用于电气化的控制，这就是第一代可编程控制器，称为Programmable Controller(PC)。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。上个世纪80年代至90年代中期是PLC发展最快的时期。在这个时期，PLC在处理模拟量能力、人机接口能力和网络能力得到了大幅度的提高，PLC逐渐进入了过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统

3、。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰性能强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位在现在乃至今后一段很长的时间内将是其他控制系统无法取代的。1.2 我国PLC的发展情况及现状 我国可编程序控制器的发展与国际上的发展有所不同，国际上可编程序控制器的发展是从研制、开发、生产到应用，而我国则是从成套设备引进、可编程序控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。大致可划分为下述三个阶段：(1) 可编程序控制器的初级认识阶段 国际上可编程序控制器的发展，首先引起了国内工程技术界的极大兴趣，所以我国对可编程序控制器的认识始于 70 年代后期到 80 年代初期的

4、成套设备引进中，取代了传统的继电器逻辑系统，并部分取代了模拟量控制和小型 DDC 系统。国内许多厂家陆续引进的设备和生产线大都配备了可编程序控制器，正是在成套设备引进过程中，我们打开了眼界，了解认识了可编程序控制器，这也促进了可编程序控制器在我国的发展。 (2) 可编程序控制器的引进应用和消化移植阶段 80年代初期开始，随着我国改革开放的不断深入，在成套设备引进的同时，国外原装的可编程序控制器开始涌入国内市场。许多部门和单位相继引进可编程序控制器并自己设计组成控制系统，其应用范围也扩大到工业领域。 随着应用能力的提高和市场需求的扩大，一些部门和单位本着技贸结合、消化移植的方针，一方面进行二次开

5、发和应用研究，一方面也在引进可编程序控制器的生产线，建立生产可编程序控制器的合资企业，积极开发自己的产品。 (3) 可编程序控制器的广泛发展阶段 进入90年代，我国的可编程序控制器进入了广泛发展阶段。4 新一代可编程序控制器的技术现状 为了适应日益剧烈的市场竞争，新一代的可编程序控制器在技术创新方面有了长足的进展，主要体现在以下方面： (1) 执行多任务功能的出现 所谓执行多任务，就是在一个可编程序控制器系统中，可同时安装几个CPU模板，每个CPU模板执行各自的任务，控制与其执行任务相关的I/O模板。 (2) 网络能力的强化 网络能力的加强，使可编程序控制器已经突破了原有的使用范围，特别是引入

6、现场总线、工业以太网、无线网络及Internet等技术后，可编程序控制器的应用已今非昔比。典型的可编程序控制器的网络拓扑结构为设备控制层、过程控制层和信息管理层3个层次。在设备控制层中，引入了现场总线，使得工业生产过程中的现场检测仪表、变频器、MCC控制柜等一切现场设备都可直接与可编程序控制器相连；在过程控制层中，传统意义上的人机界面的功能已经焕然一新，使可编程序控制器能实现跨地区的编程、监控、诊断、管理，实现整个车间及全厂范围的控制；在信息管理层，向工业以太网的扩展，使控制与信息管理融为一体。 (3) 高速化处理功能 高速化包括运算速度的高速化、与外部设备交换数据的高速化、编程设备服务处理的

7、高速化、外部设备响应的高速化。为了实现高速化，有些可编程序控制器已在其内核中设计有通信功能，借助于无源数据总线，系统的瓶颈得以消除，这种结构允许多个处理器、网络能在一个机架中使用而没有限制，从而提供了高性能的分布式实时控制系统的解决方案。 (4) 大力发展集成化软件 目前，可编程序控制器的生产厂商开发系统硬件费用的比例逐年下降，而开发软件、集成等费用的比例逐年上升。现在的成套软件将可编程序控制器的编程、操作员界面、运动控制、程序调试、故障诊断和处理、通信等集成为一体。(5) 微型可编程序控制器异军突起 传统的微型可编程序控制器一般为864点数字量I/O，14点模拟量I/O，体积很小，可直接安装

8、在机器内。但现在的微型可编程序控制器除了上述功能外，在网络功能和人机接口功能上已可与中大型的可编程序控制器相比，这一类微型可编程序控制器是目前发展最快的。 (6) 信息技术渗入可编程序控制器 信息技术渗入可编程序控制器是为了适应工厂控制系统和企业信息管理系统日益有机结合的发展趋势，适应在控制层面上让不同品牌的可编程序控制器之间、可编程序控制器与分布式控制系统之间有效交换数据的要求。实际上多任务系统的实现、网络能力的提高、软件集成的发展使得信息技术很容易的就与可编程序控制器系统融为一体。 二 PLC与电气控制的结合运用在许多的工厂之中相信三相异步电动机的运用是必不可少的，对于电力系统相对严密的工

9、厂而言容量小的电动机才允许直接启动，而容量大的电动机在直接启动时其启动电流是其额定电流的4到8倍，所以一般都采用降压启动的方式，即启动时降低加在电动机定子绕组上的电压，启动后再恢复到额定电压下运行。由于电枢电流和电压成正比所以降低启动电压即可降低启动电流，不至于在启动瞬间造成由于电流大而产生过大的电压降，从而对电网电压造成影响。降压启动的方法有定子绕组串电阻（或阻抗）、星形-三角形（Y/）、自耦变压器和使用软启动器等，而最常用的方法就是Y/降压启动和软启动器。在工厂中最常用的就是Y/降压启动，下面介绍的就是Y/降压启动的方法及原理。1.当负载对电动机启动力矩无严格要求又要限制电动机启动电流且电

10、机满足380V/接线条件才能采用星三角启动方法； 2.该方法是：在电机启动时将电机接成星型接线,当电机启动成功后再将电机改接成三角型接线（通过双投开关迅速切换）； 3.因电机启动电流与电源电压成正比,此时电网提供的启动电流只有全电压启动电流的1/3 ，但启动力矩也只有全电压启动力矩的1/3。 星三角启动，属降压启动他是以牺牲功率为代价来换取降低启动电流来实现的。所以不能一概而以电机功率的大小来确定是否需采用星三角启动，还的看是什么样的负载，一般在需要启动时负载轻运行时负载重尚可采用星三角启动，一般情况下鼠笼型电机的启动电流是运行电流的57倍，而对电网的电压要求一般是正负10%，为了不形成对电网

11、电压过大的冲击所以要采用星三角启动，一般要求在鼠笼型电机的功率超过变压器额定功率的10%时就要采用星三角启动。只有鼠笼型电机才采用星三角启动。本人在实际使用过程中,发现需星三角降压启动的电机从11KW开始就有需要的,如风机、在启动时11KW电流在7-9倍(100)A左右,按正常配置的热继电器根本启动不了,（关风门也没用）热继电器配大了又起不了保护电机的作用，所以建议用降压启动。而在一些启动负荷较小的电机上，由于电机到达恒速时间短，启动时电流冲击影响较小，所以在30KW左右的电机，选用1.5倍额定电流的断路器直接启动，长期工作一点问题都没有。 Y/降压启动电路图三 PLC与电气控制在未来发展中的

12、作用3.1 PLC与电气控制发展的方向在今后一个相当长的时间段里PLC与电气控制的结合运用将成为工厂电气水控制的主导控制系统，随着社会的不断进步，科学的不断发展，工业生产要求的不断提高PLC与电气控制的发展也会不断的朝前发展以满足社会的需求。一、PLC向网络化技术发展。其中有两个趋势，一方面，PLC网络系统已经不再是自成体系的封闭系统，而是迅速向开放式系统发展，各大品牌PLC除了形成自己各具特色的PLC网络系统，完成设备控制任务之外，还可以与上位计算机管理系统联网，实现信息交流，成为整个信息管理系统的一部分。另一方面，现场总线技术得到广泛的采用，PLC与其他安装在现场的智能化设备，比如智能化仪表，传感器，智能型电磁阀，智能型驱动执行机构等，通过一根传输介质(比如双绞线，同轴电缆，光缆)连接起来，并按照同一通信规约互相传输信息，由此构成一个现场工业控制网络，这种网络与单纯的PLC远程网络相比，配置更灵活，扩容更方便，造价更低，性能价格比更好，也更具开放意义。二、PLC向高性能小型化发展。PLC的功能正越来越丰富，而体积则越来越小。比如三菱的FX-ON系列PLC，最小的机种，体积仅为609070mm2，相当于一个继电器，但