整理PLC在电气自动化中的应用现状及发展前景概述

1、精品文档PLC在电气自动化中的应用现状及发展前景概述xxx200702403xx【摘要】本文介绍了现阶段可编程逻辑控制器PLC在电力系统中的广泛应用，着重描述了在顺序控制、开关量控制和闭环控制三个方面的典型应用，并提出使用建议。然后结合当前DCSFCSft电力系统中的发展现状，阐述了PLC广阔的发展前景。【关键词】PLC顺序控制；开关量控制；闭环控制；网络化1概述可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,简称PLC或PC)是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作电子系统。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算

2、等操作的指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点。PLC的主要特点如下：A.用内部已定义的各种辅助继电器代替机械触点继电器，通过软件编程方式用内部逻辑关系代替实际的硬件连接导线，这些内部继电器的节点变位时间可理想化地认为等于零，因此只需考虑它的0-1状态而无需考虑传统继电器所固有的返回系数；B.可靠性高，抗干扰能力强，适用于复杂的工业环境；C.配套齐全，功能完善，适用性强，易于与工业控制系统联成一个

3、整体，易于扩充其功能；D.易学易用，照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制采用简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学。经过30多年的发展，PLC已十分成熟与完善，尤其在顺序控制、开关量逻辑运算和处理这两方面具有显著优势，而模拟量闭环控制也已非常成熟。PLC技术自从引入我国的电力行业后就得到了广泛应用，并发展壮大。2PLC在电力系统中的应用现状2.1 顺序控制在火力电厂辅助系统中主要包括化学补给水处理系统、输煤系统、除渣系统和除灰系统等，这些系统的工艺流程多以顺序控制和开关量控制为主。随着我国电力体制改革的深化，电力市场竞争将更加激烈，降低资源损耗和提高管理效益

4、成为各发电企业的迫切需求。为此，对火电厂辅助车间自动控制水平提出了更高的要求。经过科技人员的不断引进、开发、研究，我国大型火电站的辅助系统(输煤、化水、除灰、除渣、燃油泵房、循环水泵房等)已由继电器控制过渡到完全由PLC监控。随着机组容量的不断增大、自动化程度的不断提高以及网络技术、软件技术、光纤技术的日趋成熟，采用PLC构成的独立控制子系统不仅单独控制某个工艺流程，同时PLC子系统还可以通过相应的通信模块挂在通信总线上，实现全厂数据通信，以便电厂控制中心掌握各辅助工艺系统情况，协调全厂工作。目前，PLC技术在电站辅助系统中得到了越来越广泛的应用。2.1.1 输煤系统一个好的输煤自控系统设计可

5、以有效提高生产效率，改善环境，减少对工人的健康损害，保障生产的安全。目前许多燃煤电厂均将输煤系统早期的人力控制、强电控制改为微机控制。燃煤电厂的输煤系统，通常都由卸煤系统、储煤系统、上煤子系统、配煤子系统和辅助系统等几个子系统组成。输煤程控精品文档精品文档系统技术方案大多采用输煤控制系统、输煤工业电视及输煤传感器（含执行机构）三部分构成。输煤控制系统采用分层式的网络结构，纵向分为三层：主站层、远程IO站、现场传感器（含执行机构）。主站层由可编程控制器（PLC）和人机接口设备组成，PLC的CPU按双机热备配置，通讯模件按冗余配置，主站层全部设备布置在输煤集控楼内。远程IO站设备和主站层程控主机之

6、间由光纤通讯总线（冗余热备）连接。远程IO站设备和输煤传感器（含执行机构）之间通过二次控制电缆连接。输煤程控系统采用控制室集中控制方式，就地只设事故紧急停机拉线开关和检修用启停按钮。控制室内以PLC程序自动控制为主（正常运行方式）、带联锁或解除联锁手动控制为辅（事故或紧急情况下运行方式）。运行人员在控制室内通过显示屏和电脑就可以实现对主要输煤设备的监视和控制。近年来，许多燃煤电厂都基本实现了输煤系统的PLC控制，提高了生产的可靠性，有效改善了工作条件，减少了值班人员，劳动生产率得到了不同程度的提高。2.1.2 除灰系统电厂重视环保，也重视废物综合利用，为实现电输尘下来的粉煤灰综合利用，已广泛采

7、用气力除灰系统。目前国内的气力除灰控制系统大部分已经从传统的继电器逻辑电路顺序型控制系统逐步过度到以可编程逻辑控制器PLC为主要核心的顺序控制系统。除灰系统的PLC控制系统是一个较复杂的程控项目，其主要控制对象为：输送风机、气化风机、仓泵、加热器、各类阀门、卸灰装置、布袋除尘器、收灰风机及管道压力等，有很多的输人输出点控制结构和功能比较复杂。可以由PLC、传感器、二次仪表以及主控柜组成，也可按网络结构分为有操作员站、下位机控制器两大部分。在对系统的可靠性要求很高的地方，PLC可采用双机热备（硬热备）配置。PLC的软件基于模块化的设计架构，此种方式既便于修改，增加可读性，便于现场调试。整个系统程

8、序由1个主程序模块和N个功能模块组成。利用PLC远程站完善的功能，可以有效地实现对电厂锅炉排灰渣系统的自动控制，甚至无人值班。2.2 开关量控制由于PLC的本质是用内部已定义的各种辅助继电器代替机械触点继电器，这些内部继电器的节点变位时间可理想化地认为等于零，只需考虑它的0-1状态而无需考虑传统继电器所固有的返回系数，所以用PLC来进行开关量控制是非常合适的。2.2.1 断路器控制在传统的发电厂和变电所中，高压断路器控制及信号电路均采用电磁型继电器为主要元件。为实现各种逻辑电路，采用了大量的电磁元件。众多电磁元件的机械触点降低了可靠性，同时接线复杂、检修困难，并占用较大空间。目前，可编程逻辑控

9、制器（PLC）的应用，解决了存在的诸多问题PLC内部大量的软继电器可以替代众多的实物元件，可在实现原有控制电路功能的途径上有更好的选择。PLC本身的可靠性很高，用来控制断路器也具有高可靠性。为保证变电所设备的安全运行及方便运行人员监视，高压断路器控制电路通常需满足以下要求：可进行正常的手动分、合闸操作；操作正常分、合闸完毕，给出相应指示信号；不能正常操作时应给出相应指示信号；正常分、合闸完毕应自动切断分、合闸回路；事故时可自动分闸，并给出事故的音响和闪光信号；具备必要的闭锁措施，防止断路器跳跃高压断路器采用了PLC控制后，简化了二次接线，因为PLC的输入、输出的接线很有规律，输入、输出均各有公

10、共端，所有元件的另一端接入相应的输入端或输出端，接线不易出错。原有繁琐的二次接线及逻辑电路现被PLC的内部元件取代，无需再配备专门的闪光电源，原有硬件参数的调整（如动作时间等）也改由程序参数设定，只要编制符合要求的控制程序，通过简单的接线即可达到要求。对于断路器的操动机构而言，其辅助开关数目也可简化。同时由于修改程序方便，只需选择合适型号的PLC,修改控制程序，便能实现变电所中多台断路器的控制及信号显示功能。维护和检修工作量也相应减少。2.2.2自动切换系统自动重合闸，备用电源自动投入。为了加强供电可靠性，备用电源自动投入装置早精品文档精品文档已应用在发电厂和变电站中。以最典型单母线分段形式的

11、电源为例（见下图1）正常运行时为了限制短路电流，分段断路器Q1处闸状态，电源1和电源2独立运行并互为暗备用。当其中一条回路电源故障时，可通过手动或自动切换操作，使分段断路器Q1合闸，另一回路电源承担整个负荷。手动运行方式只能满足允许短时（几秒至几分钟）停电用户的需要，对于要求连续供电的用户，这种短时停电是不允许的。为了提高供电可靠性，设计要求在分段断路器Q1上装设备用电源自动投入装置（以下简称备自投）。早期应用的电磁型备用电源自投装置是由若干继电器根据不同的运行方式构成相应的备自投回路,其缺点是改变运行方式困难，逻辑回路设计复杂，继电器易损，可靠性低，运行维护极为不便。由PLC构成的备用电源投

12、入装置可根据变电站的运行方式，通过编程完成各种复杂的逻辑和功能,适应各种运行方式，满足电网一次接线要求。PLC采集一次设备的正常运行状态信号，作为备自投的启动条件和闭锁条件，通过编程来实现不同的功能，以适应不同的运行方式。与继电器组成的备用电源自动投入装置相比，该方案具有可靠性高、接线简单、控制灵活、调试方便和投资小等优点。由于PLC具有数据处理和逻辑判断的功能，使PLC型备自投装置不仅能完成备自投装置规定的操作，而且能在操作时考虑系统运行情况以及系统的其他操作要求，装置可通过显示窗口显示主要设备的运行情况。另外，对装置的调试维护也很方便，通过离线仿真可以测试软件，不影响设备的安全运行，而且可

13、以通过改变程序来适应不同的运行方式。装置本身具有很强的抗干扰能力，使其可靠性高于电磁型装置。同时PLC的通信功能为实现电力系统综合自动化创造了条件。实践证明PLC在备用电源自动投入中的控制是一种经济、可靠、实用的方法运行，采用PLC实现备自投功能使供电可靠性有了大幅度地提高，其运行效果有了明显改善。2.3闭环控制在电力系统自动化的控制中，经常要用到闭环控制方式来实现温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量控制。初期的PLC在闭环控制方面并不擅长，而当前新型的PLC也兼有闭环控制功能，并且已十分成熟。各PLC生产厂家推出的中、小型PLC模块均提供了PID指令，可以实现PID控制，这种模块的PID

14、控制程序是PLC生产厂家设计的，并存放在模块中，用户使用时序只需要设置一些参数，使用起来非常方便，一个模块可以控制几路甚至几十路闭环回路。直接应用PID指令来实现基于PLC的PID控制，是一种易于实现且经济实用的方法。2.3.1 水泵、油泵电动机以发电厂机组调速器油泵为例，其启动方式有种自动启动、机旁屏手动启动和在现地控制箱手动启动。自动运行的情况下，每台调速器油泵根据累计运行时间的长短，在开机过程中由现地PLC控制单元的顺控模块选择运行时间累计短的为主用泵、运行时间累计长的为备用泵。自动启动条件为调速器压油罐压力下降到时启动主用泵，如果压油罐压力继续下降到整定值时，备用泵跟着启动，向压油罐打

15、油。在机旁屏手动启动调速器油泵，只需将欲启动油泵的控制开关打至ON位即可。而在现地控制箱上的手动启动只需首先将机旁屏上的控制方式选择开关打至调速器手动位后，在现地控制箱上操作欲启动油泵的启动和停止按钮，就能启动调速器油泵。精品文档精品文档主用泵的选择主用泵可以由PLC按各自的运行小时来自动选择主用泵或手动设定，在机组现地控制单元的触摸屏上可以完成主用泵的选择方式的设定；当PLC重新启动后，将会默认主用泵。PLC将2台油泵的启动优先权输出到优先权选择继电器。PLC程序输出油泵的启动命令后与优先权继电器配合来选择启动相应的油泵。油泵的控制分PLC控制和常规控制。这2个部分是相辅相成的，而且常规回路

16、作为PLC控制的补充，作为油泵控制的安全回路，即使在PLC故障等特殊情况下，也能保证调速油的供给，提高了机组运行的可靠性。2.3.2 发电机调速器控制水轮机调速器是保证水力发电机组稳定运行的重要控制设备，直接关系到机组的安全与稳定运行。调速器的发展先后经历了3个阶段：机械液压型调速器、电气液压型调速器和微机调速器。PLC调速器控制系统通常由转速测量单元、电子调节单元和电液执行单元组成。其特点是转速测量、调节规律的形成和驱动导水机构的职能分别由上述3个功能单元实现，其控制规律由软件形成，这使复杂控制规律的研究和实现成为可能。目前，水力发电机组调节使用最为广泛的仍然是典型的比例积分微分PID控制，

17、框图如下图2:3对PLC应用的建议及前景展望3.1 增加可靠性抗干扰能力PLC是一种专为工业生产自动化控制设计的，一般而言，无须任何保护措施就可以直接在工业环境中使用。然而，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行。要提高PLC控制系统可靠性，一方面生产厂家要提高PLC的抗干扰能力；另一方面，要在设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合，减少及消除干扰对PLC的影响。3.2 加强网络化、数字化当前最广泛应用于发电厂的集散型控制系统DCS经历了30多年的发展，技术日益成熟，取得了丰富的经验。然而目前DCS的发展开始减缓和停滞。如何使DCS仍然可以大跨步地继续向前发展，其中一个关键问题就在于通用化的硬件平台，PLC的融入。随着微电子及控制技术的发展，PLC系统和DCS系统在不断吸收彼此的特点，逐步地走向同化。集散控制系统DCS经过了初创期、成熟期和扩展期之后，又出现了新一代控制系统,现场总线控制系统FCS,它是第五代过程控制系统，是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特点，它保留了DCS的特点，或者说FCS吸收了DCS多年开发研究以及现场实践的经验，当然也包括教训，而且跨