池榮玉

（梅州市梅州大堤管理處，廣東 梅州 514000）

PLC是一類可編程邏輯控制器，是為了適應(yīng)工業(yè)環(huán)境下設(shè)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用了可編程存儲器，在內(nèi)部存儲執(zhí)行定時、計數(shù)、邏輯運算、順序控制、算術(shù)運算等面向用戶的指令，最后通過數(shù)字或模擬輸入/輸出來控制機(jī)械設(shè)備或控制生產(chǎn)過程。

1 電排站現(xiàn)地控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

以梅州市某電排站為例，該電排站屬于綜合水利工程，其主要特點是兼具防洪以及排水等功能，為目標(biāo)城市提供水利管理便利。梅州市某電排站使用了6臺軸流泵，單臺設(shè)備的裝機(jī)的容量大致為155 kW，配備了JSL128-8型三相異步電動機(jī)，總裝機(jī)的容量達(dá)到了930 kW，工程的整個監(jiān)控中心位置處于前風(fēng)放電站中央控制室，用于監(jiān)控包括6臺軸流泵、排水系統(tǒng)、水閘、排水閘、分發(fā)系統(tǒng)和全程在內(nèi)的整個樞紐設(shè)備的運行情況。該電排站項目按照“無人值班，遠(yuǎn)程操控”的要求進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計。該項目由綜合保護(hù)系統(tǒng)、閘門控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)和PLC組成。柜控及電排站視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

1.1 水泵電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

該電排站通過水泵高低壓配電系統(tǒng)為發(fā)電機(jī)提供了380 V的正常工作電壓，設(shè)計了本地和遠(yuǎn)程兩種控制方式，共有三種模式：本地、遠(yuǎn)程和非受控狀態(tài)，在這幾種模式下可以實現(xiàn)水泵的手動操作、自動操作、遠(yuǎn)程啟動、運行狀態(tài)顯示、信號顯示等功能，詳細(xì)功能參見圖1。接觸器KM1、KM2、KM3用于控制啟停和手動切換，對電路形成自鎖保護(hù)元件。時間繼電器延遲啟動并保護(hù)電路過流。斷路器OF是電源電路的開關(guān)，主要作用是保護(hù)電路，防止超出電路能承受的電壓或電流經(jīng)過。熔斷器（fuse）用于過流保護(hù)，防止損壞其他元件，申元的初級變壓器采用380 V、6.3 V的次級變壓器給電路供電，在指示燈電源接線處可以分為兩部分，一個連接到機(jī)柜中的控件，另一個連接其他控件，利用中間繼電器節(jié)點和PLC系統(tǒng)連接，從而實現(xiàn)PLC對水泵的遠(yuǎn)程控制和保護(hù)，另外一部分接入綜合保護(hù)柜，主要用來采集水泵的實時電壓、當(dāng)前電流、相位情況等信號，如圖1所示。

PLC控制水泵電機(jī)整套裝置會用到接觸器、保險絲、繼電器、按鈕、斷路器和通用轉(zhuǎn)換開關(guān)、電源變壓器以及其他組件等。下面是該組件的一些用途的概述。

交流接觸器：交流接觸器是能夠通過自動控制的一種電氣裝置，主要的作用是能夠在交流電路當(dāng)中進(jìn)行連接或者中斷任務(wù)，整個接觸器是可以通過遠(yuǎn)程進(jìn)行操作，同時，使用繼電器能夠有效地控制和對其裝置進(jìn)行定時操作，而在整個自動化控制的電路當(dāng)中，都將其運用到過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)等相關(guān)技術(shù)。

斷路器：利用斷路器可以實現(xiàn)在正常電路狀態(tài)下，對電流進(jìn)行切斷、流動操作，也可以在短路等異常電路條件下通過或切斷，電流的開關(guān)器件可以在規(guī)定的范圍內(nèi)打開和關(guān)閉，該裝置可有效分配電能，確保異步電機(jī)、電機(jī)和電源線不會異常啟動，當(dāng)發(fā)生異常過載、短路或過壓故障時，電路可自動關(guān)閉。此外，對于復(fù)合過載過熱繼電器以及熔斷器的開關(guān)，基本上都是將故障電流進(jìn)行關(guān)閉，并將原件更換。

繼電器：繼電器主要的作用是加強(qiáng)繼電保護(hù)以及對自動控制系統(tǒng)重觸電的數(shù)量以及容量進(jìn)行增強(qiáng)，而對于電路傳輸?shù)目刂?，通常情況下都是使用中間的信號進(jìn)行操作，整個繼電器的原理以及結(jié)構(gòu)與交流接觸器相比，并沒有明顯的差異性，并且繼電器只有在控制電路的過程中能夠使用到，存在一定局限性。在過載能力小的條件下，繼電器并沒有一個主觸點，因此其觸電的數(shù)量相對來說比較多，但大部分都只能作為輔助觸點。此外，整個電源在常規(guī)情況下提供出來的均是直流電源。中間繼電器主要用來進(jìn)行中間信號的傳輸和轉(zhuǎn)換，而時間繼電器則是用來提供電路開啟同時可以達(dá)到關(guān)閉延遲的效果，熱繼電器是利用了電流的熱效應(yīng)來保護(hù)電機(jī)的一種繼電器，可以有效防止電機(jī)因為氣體、過電流和過熱等原因而造成的損壞。

按鈕：通常用來控制電氣設(shè)備的開關(guān)，以及控制電機(jī)或電氣設(shè)備的運行和中斷。

保險絲：用于防止和避免電路過載的安全裝置。如果電流強(qiáng)度超過安全值，保險絲就會自然熔斷，電路隨之被切斷。

萬能開關(guān)：具有多個檔與多個回路?？梢酝瑫r控制多個電路，根據(jù)實際情況進(jìn)行切換調(diào)整。

行程開關(guān)：行程開關(guān)是根據(jù)開關(guān)具有的機(jī)械運動部件移動觸點，來實現(xiàn)對電路的斷開或接通。而這類開關(guān)常用于對機(jī)械活動有一定限制的系統(tǒng)或行程中，并允許機(jī)器在滿足某些條件時可以實現(xiàn)自動前進(jìn)、改變速度、倒退、往復(fù)或停止等操作，操作效果類似于按鈕操作，一旦限位開關(guān)進(jìn)行機(jī)械移動，控制電路就可以實現(xiàn)電路的接通或斷開。

接線端子：用作添加和連接其他附件的一種電氣連接附件。

電力變壓器：主要功能是對電壓大小進(jìn)行轉(zhuǎn)換，常用于電力傳輸過程中降低電損耗。

變壓器：常見的變壓器一般可分為電壓互感器和電流互感器兩大類。變壓器是一種電壓轉(zhuǎn)換裝置，具有電壓分離和轉(zhuǎn)換兩種功能，將高壓側(cè)回路或低壓側(cè)回路的高壓轉(zhuǎn)換為低壓，并具有測量保護(hù)等功能，供應(yīng)電流互感器是一種具有電絕緣和轉(zhuǎn)換功能的雙作用電流轉(zhuǎn)換裝置。

1.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

將可編程邏輯控制器（PLC）作為PLC控制系統(tǒng)的核心：再加上電排站所需要的配備的一些特殊功能器件，組合成相應(yīng)的控制單元。PLC是在繼電器基礎(chǔ)上開發(fā)的數(shù)字操作電子系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要應(yīng)用于各種惡劣的工作條件。不但可以對想要更改的存儲器內(nèi)容進(jìn)行指定編程，而且還可以提供算術(shù)邏輯操作、利用計數(shù)操作、定時操作、內(nèi)部存儲程序存儲以及面向用戶的指令的順序控制。為了控制各種形式的機(jī)械操作或在制造過程中，數(shù)字或模擬I/O方法向控制器發(fā)送和接收命令。定序器和相關(guān)的外部控制設(shè)備可以擴(kuò)展其功能的相關(guān)設(shè)計，并結(jié)合全行業(yè)的控制系統(tǒng)，形成一個系統(tǒng)。PLC 系統(tǒng)的主要優(yōu)點如下所示：

（1）可靠程度高，不易被干擾。首先，PLC系統(tǒng)研發(fā)的初衷即在惡劣環(huán)境下能夠進(jìn)行電路的控制操作，被廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)用途，PLC能夠為電排站提供穩(wěn)定的電路控制，另外還有后備電源對實時數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序進(jìn)行保護(hù)。在硬件方面看，使用到最先進(jìn)的電源，嚴(yán)格控制電路質(zhì)量，盡可能減少電磁接觸，采取光電隔離的方式，減弱對PLC系統(tǒng)的干擾。另外優(yōu)化模擬和數(shù)字濾波等對策，精簡控制元件的數(shù)量。

（2）系統(tǒng)可編程和使用簡單。定序器操作便捷和使用簡單，通常無需擔(dān)心PLC接口等問題，只需合適的驅(qū)動程序即可完成大部分的接線控制任務(wù)。另外可以使用梯形圖語言的編程方法對PLC程序進(jìn)行編程，原理與繼電器比較相似，同時也便于操作管理人員學(xué)習(xí)與應(yīng)用。

（3）功能齊全，應(yīng)用靈活。PLC系統(tǒng)具有數(shù)字/模擬輸入/輸出功能、定時計數(shù)功能、算術(shù)和邏輯運算功能以及比較和代碼轉(zhuǎn)換等各種基本功能。在PLC技術(shù)中，可擴(kuò)展PID模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊功能、自動監(jiān)控報警等應(yīng)用，在擴(kuò)展應(yīng)用和功能之后，PLC 系統(tǒng)能實現(xiàn)更多復(fù)雜的功能、滿足更多工業(yè)場景的使用，對于一些不同規(guī)模的控制要求，也可輕松擴(kuò)展外部連接，從而適應(yīng)設(shè)計工藝要求和產(chǎn)品規(guī)格的變化。

2 電排站現(xiàn)地控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

規(guī)劃輸入/輸出單元，設(shè)計PLC程序，包括對每個模擬通道的內(nèi)部數(shù)據(jù)設(shè)備和外部變量的定義，并進(jìn)行PLC內(nèi)部資源分配的首進(jìn)位。這部分工作完成后，可按照上述介紹的接口電路對需要的外部設(shè)備和控制器按照設(shè)計思路進(jìn)行連接，然后可以將控制過程中使用到的輸入/輸出和線路連接圖確定下來，最后再進(jìn)行邏輯編程，使用要求的編程軟件完成項目。需要特別注意：電排站的本地控制軟件部分是模塊化的，主要是在軟件設(shè)計過程中，由PLC柜內(nèi)的PLC控制，可以設(shè)計為主循環(huán)程序、模擬數(shù)據(jù)設(shè)計、水泵控制系統(tǒng)設(shè)計、控制器與變壓器的控制設(shè)計、門控設(shè)計、熱感應(yīng)啟動、高低電壓斷路器。

2.1 PLC314組織塊設(shè)計

只針對主控程序OB1（主循環(huán)模塊）在不同條件下調(diào)用不同的子模塊來操作PLC掃描循環(huán)的方法，這種方法既可以加快執(zhí)行速度，又可以方便程序?？稍O(shè)計用于現(xiàn)場調(diào)試，主要程序OB1實現(xiàn)巡視操作，CPU 執(zhí)行熱啟動，OB100 作為初始化模塊的設(shè)備的熱啟動，OB100程序執(zhí)行一行初始化變量。在該排放站工程中，水泵啟動、停止，閘門上升和下降控制被初始化，因此下一階段操作不應(yīng)該受到之前程序行為的影響，這部分設(shè)計是整個程序設(shè)計的核心，因為程序的每個部分都是輪流運行的。流程圖OB1和OB100熱啟動流程圖基于圖2的模塊化設(shè)計方法流程圖 Master OB1 OB100 熱啟動流程圖給定設(shè)計流程啟動器，如圖2所示：

在該排放站程序中，OB1的執(zhí)行模式從FC1到FC7依次執(zhí)行，可以成功完成對閘門、水泵、斷路器等設(shè)備的順序控制。而OB100 可以實現(xiàn)對水泵和閘門的啟動和停止初始化每個周期的上升和下降，以確保每個循環(huán)指令能夠正確啟動并接收正確指令執(zhí)行。

2.2 水泵控制程序設(shè)計

水泵控制程序主要工作是管理水泵的啟動、停止以及發(fā)生故障后能夠?qū)崿F(xiàn)水泵的自動保護(hù)。需要對正常工作狀態(tài)下的水泵的運行情況進(jìn)行分析，確保水泵的啟動按鈕只有在水泵處于自動狀態(tài)時才能打開，由于水泵不處于運行狀態(tài)可以啟動水泵，具有保護(hù)作用，如果條件不足，泵的啟動輸出自鎖，以保護(hù)連續(xù)運行，泵也通過停止按鈕停止或緊急停止以停止泵輸出?？梢愿鶕?jù)邏輯指令和相應(yīng)的信息為水泵設(shè)置具體的啟?？刂茥l件，確定安全啟停水泵。根據(jù)水泵的正常工作特性對水泵的相應(yīng)狀態(tài)設(shè)計程序地址，同時對啟動狀態(tài)的1號水泵及其地址表進(jìn)行核驗，確保無誤。同理，在指定水泵的程序地址后，數(shù)字輸入指令(I)、數(shù)字輸出(O)和一些內(nèi)部繼電器(M)地址將會顯示水泵的實際狀態(tài)、信號和當(dāng)前操作，管理人員可以看到顯示并進(jìn)行處理操作。

3 結(jié)束語

文章介紹了整個放電站就地控制裝置的設(shè)計過程，描述整個電排站的PLC控制系統(tǒng)和控制過程的重要性，從硬件、軟件、通訊，以及日后的調(diào)試和維護(hù)等方面的內(nèi)容，為今后同類電排站建設(shè)提供參考。