王飛

（神華國能哈密煤電有限公司，新疆 哈密 839000）

電廠PLC控制系統(tǒng)分析與設計研究

王飛

（神華國能哈密煤電有限公司，新疆 哈密 839000）

為對電廠各類形式的開關量和模擬量信號進行有效的控制和檢測，電廠嘗試建立了PLC控制系統(tǒng)，實踐證明PLC控制系統(tǒng)可以達到預期的使用目的，所以越來越受到電廠的重視，并不斷加大相關投入。在此背景下，本文在對PLC進行系統(tǒng)分析的基礎上，結合PLC在電廠中的應用現(xiàn)狀，對其進行針對性的設計，為提升電廠PLC控制系統(tǒng)的性能作出努力。

電廠；PLC控制系統(tǒng)；設計與分析

0　引言

現(xiàn)階段電廠已經(jīng)認識到應用PLC控制系統(tǒng)的有效性，并結合PLC的性能不斷進行應用創(chuàng)新，但現(xiàn)階段在應用的過程中仍存在諸多問題，如受現(xiàn)場條件限制在老設備改造工程中強行將上百米的強電纜與PLC信號電纜設置在同一電纜溝內(nèi)，對PLC控制系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響等，所以針對電廠PLC控制系統(tǒng)分析與設計展開研究具有重要的現(xiàn)實意義。

1　電廠PLC控制系統(tǒng)設計中產(chǎn)品類型的選擇

現(xiàn)階段PLC控制系統(tǒng)表現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢，電廠要結合自身的實際需要，選擇合適的PLC控制系統(tǒng)，需要從以下方面考慮，首先，PLC控制系統(tǒng)的結構和規(guī)模，PLC單機與直接擴展模塊相結合的方式可以實現(xiàn)對控制點和控制邏輯層次均較少的系統(tǒng)進行有效的控制，而相反情況的系統(tǒng)需要在此基礎上增加遠程通訊擴展模塊，在設計時需要結合具體的輸入輸出點數(shù)量和種類等，進行數(shù)字量和模擬量輸入輸出模塊數(shù)量的確定，而且要為系統(tǒng)功能的增加預留備用空間[1]。其次，負載類型，現(xiàn)階段PLC控制系統(tǒng)負載信號主要包括對應開關量模塊的開關量和對應模擬量模塊的模擬量兩種，前者又被分為繼電器輸入輸出和晶閘管輸入輸出，當現(xiàn)實情況允許兩種輸入輸出形式同時實現(xiàn)的情況下，現(xiàn)階段主要以前者為主，因為其經(jīng)濟性相比更加突出，而模擬量在應用使需要結合負載信號自身屬于的類型和擁有的數(shù)量等進行選擇[2]。再次，處理器速率和存儲器的容量，其主要根據(jù)控制系統(tǒng)的復雜程度和系統(tǒng)的規(guī)模等進行確定，考慮到資源利用率問題，通常情況下，應在PLC控制系統(tǒng)滿足要求的前提下，避免其性能過高。

另外，品牌方面，應首先考慮PLC控制系統(tǒng)產(chǎn)品與電廠現(xiàn)有組網(wǎng)接入和兼容的效果；其次，有意識的在對PLC控制系統(tǒng)性能要求更加嚴格的特殊結構應用知名品牌；再次，在對PLC控制系統(tǒng)性能要求相對較低的結構，考慮到經(jīng)濟性，應選擇國內(nèi)信用較好的品牌。

2　電廠PLC控制系統(tǒng)的抗干擾處理

電廠的特殊環(huán)境決定，PLC控制系統(tǒng)的運行可靠性會受到影響，所以在電廠應用PLC控制系統(tǒng)的過程中應有意識的采取抗干擾的措施，現(xiàn)階段應用的處理方法主要包括以下幾種。

（1）電源方面。電廠中的電源生成的諧波和感應電會對PLC控制系統(tǒng)的性能產(chǎn)生直接的干擾，現(xiàn)階段人們主要通過PLC電源端和電子濾波器結合應用的方式或對變壓器進行隔離的方式控制諧波的干擾；通過帶屏蔽層的電源線接地處理提升對感應電干擾的抵抗能力，效果顯著[3]。

（2）輸入輸出回路方面。PLC控制系統(tǒng)應針對不同的情況采取對應的抗干擾處理方法，例如通過將數(shù)字量輸入輸出端口與中間繼電器相結合的方式對與強電連接的信號電纜或距離較長的信號電纜實現(xiàn)信號隔離，降低其產(chǎn)生的干擾；通過用屏蔽雙絞線替代傳統(tǒng)信號線的方式，在屏蔽層接地處理的基礎上實現(xiàn)對模擬量信號干擾的處理；通過將多點接地處理的金屬管外套在信號線上的方式，實現(xiàn)對強干擾的處理；通過新號端口與信號隔離器相結合的方式，實現(xiàn)對系統(tǒng)的運行保護等。除此之外，結合干擾強度選擇相應的PLC信號也是有效的方式，例如實踐證明4~20 mA的電流信號在提升系統(tǒng)對長距離傳輸干擾的能力具有積極的作用。

（3）系統(tǒng)安裝和回路布置方面。電廠中的高頻大功率器件會對系統(tǒng)的運行情況產(chǎn)生直接的影響，所以在設計時應有意識的加大兩者的直線距離，但在現(xiàn)實場地或其他條件不允許的情況下，應通過屏蔽隔離保護等措施使PLC系統(tǒng)正常運行；另外，在設計的過程中應有意識的將系統(tǒng)的控制線和通訊線分別獨立設計，并有意識的避免兩種線路與大功率干擾源接近或平行，例如動力線等。

（4）系統(tǒng)接地方面。由于接地系統(tǒng)很可能引入外部干擾因素，所以在設計的過程中應有意識的將PLC系統(tǒng)和外部系統(tǒng)的接地網(wǎng)分別獨立設計，另外，PLC系統(tǒng)接地電阻應在4 Ω以下，而且接地的效果要得到保證。

通過以上方法，可以進一步保證電廠PLC控制系統(tǒng)在運行的過程中可以達到預期的目的，可見電廠PLC控制系統(tǒng)的應用于具體的設計之間具有密不可分的關系，所以本文結合電廠PLC控制系統(tǒng)的實際應用，對其設計進行深入的分析。

3　電廠PLC控制系統(tǒng)的應用

（1）電廠供配電網(wǎng)絡中PLC控制系統(tǒng)的應用。PLC將傳統(tǒng)的硬件繼電器用軟件式的繼電器替代，并將傳統(tǒng)硬件邏輯組合通過編程方式的內(nèi)部邏輯運算取代，在電廠PLC控制系統(tǒng)設計的過程中有意識的將PLC添加到繼電保護中，可以使傳統(tǒng)繼電器的觸電問題、傳統(tǒng)繼電器線圈失效故障等有效解決，降低系統(tǒng)誤動或停止運行等問題的發(fā)生效率，而且PLC能夠實現(xiàn)對傳統(tǒng)接觸式繼電器控制思想、設計方案等方面的包容，使設計過程簡單化，大量重復進行的編程工作被直接的舍去，可見其在電廠供配電網(wǎng)絡中應用具有可行性。電廠的功能框通常是由具備豐富功能的繼電器組成，這雖然與微處理器保護之間具有加大的一致性，但多功能繼電器通常將微處理器繼電器的邏輯電路以保護對象為劃分標準，分成保護繼電器組和PLC控制系統(tǒng)兩個部分，所以在設計的過程中，需要將電廠的PLC控制系統(tǒng)設計成多個且功能存在差異的繼電器組成的整體，但要保證其中每個獨立期間都遵循正邏輯原則，然后在PLC控制系統(tǒng)中對其動作節(jié)點進行針對性的設計，以此保證PLC控制系統(tǒng)在供配電網(wǎng)絡中可以發(fā)揮預期的作用。例如當供配電網(wǎng)中出現(xiàn)某個欠電壓或過電壓的機構發(fā)生動作的現(xiàn)象時，自然會出現(xiàn)一個對應的PLC開關量的輸入點被接通，以此實現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)的針對性控制。但需要注意的是，在PLC對低頻率減載程序進行編寫時，會無形中將常規(guī)繼電器的返回系數(shù)、響應時間等美化，使梯形圖并不能準確的顯示客觀問題，這主要是因為PLC控制系統(tǒng)自身具有微處理器的功能，會使編輯的程序在系統(tǒng)內(nèi)部進行循環(huán)連續(xù)的掃描，而具體的掃描周期通常由系統(tǒng)自身默認的微秒作為掃描間隔，由于其時間跨度過小，所以通常被直接舍去，這種被美化的常規(guī)繼電器的返回系數(shù)、響應時間將會影響PLC控制系統(tǒng)的控制精準度，所以在設計的過程中應有意識的進行針對性的優(yōu)化?，F(xiàn)階段通常在PLC控制系統(tǒng)繪制的梯形圖所對應的線圈后直接安裝繼電器，使繼電器的相應時間得到縮減，甚至近似消失，這一方面可以使電廠供配電網(wǎng)所具有的低頻建在功能可以結合PLC控制系統(tǒng)的指令快速的進行相應；一方面又可以使供配電網(wǎng)中的備用電源結合實際需要投入或切除，既保證電廠供配電網(wǎng)的可靠性，又避免電能資源的浪費。通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，在設計的過程中對PLC控制系統(tǒng)的功能和常見問題進行針對性的強化或避免后，將PLC控制系統(tǒng)應用于電廠的供配網(wǎng)中，對提升供配網(wǎng)的整體性能具有積極的作用。

（2）電廠自動輸煤控制系統(tǒng)中PLC控制系統(tǒng)的應用。卸煤、上煤、配煤是電廠輸煤系統(tǒng)的主要工藝，三種工藝能否有效的連接，而且有序的進行，直接關系電廠輸煤系統(tǒng)的運行狀態(tài)，對電廠的生產(chǎn)能力之間具有密切的關系，將PLC控制系統(tǒng)應用于電廠自動輸煤控制系統(tǒng)中，可以在對輸送帶帶中心度檢測和設備運行情況檢測的基礎上，實現(xiàn)對輸煤系統(tǒng)應用設備的自動控制，使輸煤系統(tǒng)的運行效率和質量等得到保證?，F(xiàn)階段通常用本地控制結構、PLC現(xiàn)場控制站和輸沒控制中心構成電廠輸煤控制系統(tǒng)，在針對性的設計過程中，需要結合各結構的功能以及運行原理進行。首先，在設計的過程中考慮到電廠輸煤自動控制系統(tǒng)中各種設備在功能上具有密切的關系，但受輸煤系統(tǒng)作用的影響，布局較為松散，為提升PLC控制系統(tǒng)的控制效果，需要將遠程控制分站結合實際需要合理的布置，利用遠程控制分站實現(xiàn)對電廠輸煤自動控制系統(tǒng)運行狀況的實施監(jiān)督，PLC主站的職責由原有的現(xiàn)場監(jiān)督轉化為對遠程控制分站檢測結果的接受，然后，利用以太網(wǎng)等將收集和整理的數(shù)據(jù)向電廠輸煤遠程控制中心有效傳送，通過位于控制中心的工業(yè)計算機對檢測數(shù)據(jù)的分析和整理，對電廠輸煤自動控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行判定，并針對性的下達控制指令，實現(xiàn)自動化控制。通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，上下位機之間的關系是PLC和工業(yè)計算機之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的主要依據(jù)，所以在針對性的設計過程中應強化上下機之間的關系，保證遠程監(jiān)控站的數(shù)據(jù)可以實時、全面的在工業(yè)計算機界面顯示，為自動化控制提供數(shù)據(jù)支持。需要注意的是現(xiàn)場PLC的控制行為是否發(fā)生主要取決于自動開關的輸出信號，但受上位機的指令和信號影響，這要求在設計的過程中對上位機和PLC之間的配合度進行針對性的優(yōu)化。

在對應用于電廠輸煤控制系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)進行設計的過程中，需要注意控制系統(tǒng)的設備之間具有密切的關系，而且其運行狀態(tài)以對應的工藝流程為依據(jù)，為保證電廠輸煤自動控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)和運行的安全性，需要設置手動控制裝置，當現(xiàn)場的條件決定控制距離較遠的情況下，需要在近程手動控制裝置的基礎上設置遠程手動控制，這也是將自動控制系統(tǒng)與人工控制相結合的具體體現(xiàn)，對提升電廠生產(chǎn)的安全性和可靠性意義突出。

4　結論

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，PLC控制系統(tǒng)在電廠具有廣闊的應用空間，但其設計難度相比單機設計要更大，需要設計人員對PLC控制系統(tǒng)功能、執(zhí)行速度等產(chǎn)生較全面的認識，并結合通訊接口、協(xié)議等因素進行，所以電廠在認識到PLC控制系統(tǒng)的重要性的同時，應有意識的強化相關設計能力，保證其作用充分的發(fā)揮。

[1] 唐宇毅.電廠含油污水處理的PLC控制系統(tǒng)設計[D]．廣州：廣東工業(yè)大學，2005．

[2] 郭葆文，丁彥賓，殷玉恒．基于PLC的燃煤電廠輸煤控制系統(tǒng)的設計[J]．應用能源技術，2015,01:45~49．

[3] 李兆嶺．電廠PLC控制系統(tǒng)分析與設計[J]．企業(yè)技術開發(fā)，2015,18:13~14．

TM621.6

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1671-0711（2016）09（上）-0116-02