淺談PLC在發(fā)電站中的應(yīng)用

蘇業(yè)珍

（重慶市巴渝水利水電實(shí)業(yè)有限公司，重慶 405900）

1 PLC的概述

PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的控制裝置。可編程控制器從無(wú)到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)據(jù)控制的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體簡(jiǎn)單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制。過(guò)程控制及集散控制等，今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流設(shè)備，發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。

PLC是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來(lái)的，20世紀(jì)70年代的PLC只有開(kāi)關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程的工作要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過(guò)程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從起始步（步序號(hào)為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。

自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是分散安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各單機(jī)設(shè)備上，雖然它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中，但PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計(jì)的控制裝置，在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運(yùn)行穩(wěn)定性和較高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。

高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。

2 PLC在發(fā)電站中的應(yīng)用

2.1 發(fā)電站工業(yè)環(huán)境的特點(diǎn)

發(fā)電站的空間存在極強(qiáng)的電磁場(chǎng)，發(fā)電機(jī)的電壓高達(dá)數(shù)千，電流高達(dá)數(shù)百安甚至數(shù)千安，開(kāi)關(guān)站的輸出電壓高達(dá)數(shù)十千伏或數(shù)百千伏。由于現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，有時(shí)上百米長(zhǎng)的強(qiáng)電電纜和FLC的信號(hào)電纜不能有效的分隔開(kāi)，甚至只能敷設(shè)在同一電纜溝內(nèi)。高電壓、大電流接通和斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)電干擾可能會(huì)在PLC輸入線上產(chǎn)生很強(qiáng)的感應(yīng)電壓和感應(yīng)流，足以使PLC輸入端的光電鍋臺(tái)器中的發(fā)光二極管發(fā)光，使光電耦臺(tái)器的抗干擾作用失效，導(dǎo)致PLC產(chǎn)生誤動(dòng)作。與一般的工業(yè)環(huán)境不同，發(fā)電站的繼電器控制系統(tǒng)中的繼電器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的是直流220V電源，在設(shè)計(jì)PLC的輸出電路時(shí)，應(yīng)充分考慮這一特點(diǎn)。

2.2 對(duì)電源的處理

電源是干擾進(jìn)PLC的主要途徑之一，電源干擾主要是通過(guò)供電線路的阻抗耦合產(chǎn)生的，各種大功率用電、發(fā)電設(shè)備是主要的干擾源。在電力系統(tǒng)中，如果使用220V的直流電源（蓄電池）給PLC供電，可以顯著地減少來(lái)自交流電源的干擾，在交流電源消失時(shí)，也能保證FLC的正常工作。某些PLC的電源輸入端內(nèi)有一個(gè)直接對(duì)220V交流電源整流的二極管整流橋，整流濾波后的直流電壓送給PLC內(nèi)的開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源的輸入電壓范圍很寬，這種PLC也可以使用220V直流電源。使用交流電源時(shí)，整流橋的每只二極管只承受一半的負(fù)載電流，使用直流電源時(shí)，有兩只二極管承受全部負(fù)載電流。考慮到PLC的電源輸入電流很小，在設(shè)計(jì)時(shí)整流二極管一般都留有較大的裕量，這種PLC如使用直流220V電源電壓不會(huì)有什么問(wèn)題。

2.3 抗干擾的隔離措施

PLC內(nèi)部用光電鍋臺(tái)器、輸出模塊中的小型繼電器和光電可控硅等器件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外部開(kāi)關(guān)量信號(hào)的隔離，PLC的模擬量I/O模塊一般也采取了光電鍋臺(tái)的隔離措施。這些器件除了能減少或消除外部干擾對(duì)系統(tǒng)的影響外，還可以保護(hù)CPU模塊，使之免受從外部竄入PLC的高電壓的危害，因此一般沒(méi)有必要在PLC外部再設(shè)置干擾隔離器件。

如果PLC輸入端的光電耦合器不能有效地抵抗干擾，可以用小型繼電器來(lái)隔離發(fā)電站中用長(zhǎng)線引入PLC輸入端的開(kāi)關(guān)量信號(hào)。光電耦合器中發(fā)光二極管的工作電流僅數(shù)毫安，而小型繼電器的線圈吸合電壓為數(shù)十毫安，強(qiáng)電干擾信號(hào)通過(guò)電磁感應(yīng)產(chǎn)生的能量一般不可能使隔離用的繼電器吸合。有的系統(tǒng)需要使用外部信號(hào)的多對(duì)觸點(diǎn)。為了提高抗干擾能力，PLC的外部信號(hào)、PLC和計(jì)算機(jī)之間的串行通信線路也可以用光纖或帶光電耦合器的通信接口來(lái)隔離，在要求防火、防爆的環(huán)境更適于采用這種方法。

2.4 安裝與布線的注意事項(xiàng)

開(kāi)關(guān)量信號(hào)一般對(duì)信號(hào)電纜無(wú)嚴(yán)格的要求，可選用一般的電纜，信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，可選用屏蔽電纜。模擬信號(hào)和高速信號(hào)線應(yīng)選擇屏蔽電纜。通信電纜要求可靠性高，有的通信電纜的信號(hào)頻率很高，一般應(yīng)選用PLC生產(chǎn)廠家提供的專用電纜，在要求不高或信號(hào)頻率較低時(shí)，也可以選用帶屏蔽的雙絞線電纜。

PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源。如大功率可控硅裝置、高頻焊機(jī)和大型動(dòng)力設(shè)備等。PLC不能與高壓電器安裝在同一個(gè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線。與PLC裝在同一個(gè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的電感性元件，如繼電器、接觸器的線圈，應(yīng)并聯(lián)Rc消弧電路。PLC的I/O線與大功率線應(yīng)分開(kāi)走線，如必須要在同一線槽中布線，信號(hào)線應(yīng)使用屏蔽電纜。交流線與直流線應(yīng)分別使用不同的電纜，開(kāi)關(guān)量、模擬量I/ O線應(yīng)分開(kāi)敷設(shè)，后者應(yīng)采用屏蔽線。不同類型的線應(yīng)分別裝入不同的電纜管或電纜槽中，并使其有盡可能大的空間距離。如果模擬量輸入/輸出信號(hào)距離PLC較遠(yuǎn)，應(yīng)采用4～20mA或0.10mA的電流傳輸方式，而不是易受干擾的電壓傳輸方式。

2.5 PLC輸出端的可靠性措施

繼電器輸出模塊的觸點(diǎn)工作電壓范圍寬，導(dǎo)通壓降小，與晶體管型和雙向可控硅型模塊相比，承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)，但是動(dòng)作速度較慢。系統(tǒng)輸出量變化不是很頻繁時(shí)，一般選用繼電器型輸出模塊。PLC輸出模塊內(nèi)的小型繼電器的觸點(diǎn)很小，斷弧能力很差，不能直接用于發(fā)電站的DC220v電路中，必須用PLC驅(qū)動(dòng)外部繼電器，用外部繼電器的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)DC220v的負(fù)載。斷開(kāi)直流電路要求較大的繼電器觸點(diǎn)，接通同一直流電路可用較小的觸點(diǎn)。選擇外接的繼電器時(shí)，應(yīng)仔細(xì)分析是用PLC來(lái)控制接通還是斷開(kāi)外部回路。

結(jié)語(yǔ)

目前在各行業(yè)的微機(jī)綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)中廣泛使用的PLC，由于采用了上述的可靠性措施，在常年連續(xù)運(yùn)行的情況下，PLC都得以長(zhǎng)期可靠的工作。

[1]張鵬飛,韓冬臣.PLC在發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].石河子科技，2011(5).

[2]文峰，張玉芹.PLC在發(fā)電廠自動(dòng)供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2000(4).