PLC在火力發(fā)電廠的應(yīng)用及注意事項(xiàng)

1、PLC控制系統(tǒng)在火力發(fā)電廠的應(yīng)用及注意事項(xiàng)摘要:主要論述了PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展方向、應(yīng)用領(lǐng)域,以及PLC系統(tǒng)自身的一些特點(diǎn),并重點(diǎn)論述了其在安裝、使用過程中的注意事項(xiàng)和對系統(tǒng)、設(shè)備、環(huán)境的要求、標(biāo)準(zhǔn)。分析了PLC在實(shí)際使用過程中出現(xiàn)的一些常見問題,為PLC系統(tǒng)今后的應(yīng)用和普及總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)和方法。多年來可編程控制器(以下簡稱PLC從其產(chǎn)生到現(xiàn)在,實(shí)現(xiàn)了接線邏輯到存儲邏輯的飛躍;其功能從弱到強(qiáng),實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步;其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大,實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運(yùn)動控制、過程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的PLC在處理模擬量、數(shù)字運(yùn)算、人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)的各方面能力都已大幅提高,成為工

2、業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備,在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。1 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。在運(yùn)城電廠主要有化學(xué)制水、生活污水處理、工業(yè)廢水處理、凝結(jié)水精處理等。有關(guān)PLC的使用情況主要分為如下幾類。1.1 開關(guān)量邏輯控制取代傳統(tǒng)的繼電器電路,實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制,既可用于單臺設(shè)備的控制,也可用于多機(jī)群控。如水泵的啟停、閥門的開關(guān)、制水系統(tǒng)順控、干除灰系統(tǒng)等。1.2 工業(yè)過程控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中,存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量(即模擬量,PLC采用相應(yīng)的A/D和D/

3、A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量,完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工等場合有非常廣泛的應(yīng)用,運(yùn)城電廠主要應(yīng)用在中央空調(diào)、采暖加熱系統(tǒng)。1.3 運(yùn)動控制PLC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。一般使用專用的運(yùn)動控制模塊,如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊,廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。1.4 數(shù)據(jù)處理PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表等功能,可以完成數(shù)據(jù)的采集,分析及處理。1.5 通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其他智能設(shè)備間的通信。隨著

4、工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,現(xiàn)在的PLC都具有通信接口,通信非常方便。2 PLC的應(yīng)用特點(diǎn)2.1 可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)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。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功能,出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。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,整個系統(tǒng)的可靠性極高。2.2 配套齊

5、全,功能完善,適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天,已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品,可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外,PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力,可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn),使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展,使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。2.3 易學(xué)易用,深受工程技術(shù)人員歡迎PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易,編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近,為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人從事工業(yè)控制打開了方便之門。

6、2.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作量小,維護(hù)方便,容易改造(1 設(shè)計(jì)與維護(hù)PLC用存儲邏輯代替接線邏輯,大大減少了控制設(shè)備外部的接線,使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短,同時日常維護(hù)也變得容易起來,更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。(2 安裝與布線動力線、控制線以及PLC的電源線和I/O線應(yīng)分別配線,隔離變壓器與PLC和I /O之間應(yīng)采用雙絞線連接。將PLC的I/O線和大功率線分開走線,如必須在同一線槽內(nèi),分開捆扎交流線、直流線,若條件允許,分槽走線最好,這不僅能使其有盡可能大的空間距離,并能將干擾降到最低限度。PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源如電焊機(jī)、大功率硅

7、整流裝置和大型動力設(shè)備,不能與高壓電器安裝在同一個開關(guān)柜內(nèi)。在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離動力線(二者之間距離應(yīng)大于200 mm。與PLC裝在同一個柜子內(nèi)的電感性負(fù)載,如功率較大的繼電器、接觸器的線圈,應(yīng)并聯(lián)RC消弧電路。PLC的輸入與輸出最好采用分開走線,開關(guān)量與模擬量也要分開敷設(shè)。模擬量信號的傳送應(yīng)采用屏蔽線,屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地,接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1 /10。交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜,輸出線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高壓線和動力線,避免并行。(3I/O端的接線輸入接線:輸入接線一般不要太長。但如果環(huán)境干擾較小,電壓降不大時,輸入接線可適當(dāng)長些;輸入/輸出線不能用同一根電纜,輸入/輸出線要分開

8、;盡可能采用常開觸點(diǎn)形式連接到輸入端,使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致,便于閱讀。輸出連接:輸出端接線分為獨(dú)立輸出和公共輸出。在不同組中,可采用不同類型和電壓等級的輸出電壓,但在同一組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等級的電源。由于PLC的輸出元件被封裝在印制電路板上,并且連接至端子板,若將連接輸出元件的負(fù)載短路,將燒毀印制電路板。采用繼電器輸出時,所承受的電感性負(fù)載的大小,會影響到繼電器的使用壽命,因此,使用電感性負(fù)載時應(yīng)合理選擇,或加隔離繼電器。PLC的輸出負(fù)載可能產(chǎn)生干擾,因此要采取措施加以控制,如直流輸出的續(xù)流管保護(hù),交流輸出的阻容吸收電路,晶體管及雙向晶閘管輸出的旁路電阻保護(hù)。3 P

9、LC應(yīng)用中需要注意的問題PLC是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動化控制的設(shè)備,一般不需要采取什么措施,就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而,盡管有如上所述的可靠性較高,抗干擾能力較強(qiáng),但當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣,電磁干擾特別強(qiáng)烈,或安裝使用不當(dāng),就可能造成程序錯誤或運(yùn)算錯誤,從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出,這將會造成設(shè)備的失控和誤動作,從而不能保證PLC的正常運(yùn)行。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性,一方面要求PLC生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力;另一方面,要求設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視,多方配合才能完善解決問題,有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。因此在使用中應(yīng)注意以下問題。3.1 工作環(huán)境(1溫度:PLC要求環(huán)境溫度在055

10、,安裝時不能放在發(fā)熱量大的元件下面,四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大。(2濕度:為了保證PLC的絕緣性能,空氣的相對濕度應(yīng)小于85%(無凝露。(3震動:應(yīng)使PLC遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的震動源,防止振動頻率為1055 Hz的頻繁或連續(xù)振動。當(dāng)使用環(huán)境不可避免震動時,必須采取減震措施,如采用減震膠。(4空氣:避免有腐蝕和易燃的氣體,例如化學(xué)的酸堿等。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境,可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中。例如電廠的干排渣、干除灰等,在基建后期增加了封閉小屋。(5電源:PLC對于電源線帶來的干擾具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境中,可以安裝一臺帶屏蔽層的隔離變壓

11、器,以減少設(shè)備與地之間的干擾。一般PLC都由直流24V輸出提供給輸入端,當(dāng)輸入端使用外接直流電源時,應(yīng)選用直流穩(wěn)壓電源。因?yàn)槠胀ǖ恼鳛V波電源,由于紋波的影響,容易使PLC接收到錯誤信息。3.2 控制系統(tǒng)中干擾及其來源現(xiàn)場電磁干擾是PLC控制系統(tǒng)中最常見也是最易影響系統(tǒng)可靠性的因素之一。(1干擾源及一般分類影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源,大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位,其原因是電流改變產(chǎn)生磁場,對設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射;磁場改變產(chǎn)生電流,電磁高速產(chǎn)生電磁波。通常電磁干擾按干擾模式不同,分為共模干擾和差模干擾。共模干擾是信號對地的電位差,主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應(yīng)的共態(tài)(同方

12、向電壓疊加所形成。共模電壓通過不對稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓,直接影響測控信號,造成元器件損壞(這就是一些系統(tǒng)I/O模件損壞率較高的主要原因,這種共模干擾可為直流,亦可為交流。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓,主要由空間電磁場在信號間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓,這種干擾疊加在信號上,直接影響測量與控制精度。(2PLC系統(tǒng)中干擾的主要來源及途徑強(qiáng)電干擾:PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣,它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化,刀開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等,都通過輸電線路傳到電

13、源原邊。柜內(nèi)干擾:控制柜內(nèi)的高壓電器,大的電感性負(fù)載,混亂的布線都容易對PLC造成一定程度的干擾。來自信號線引入的干擾:與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線,除了傳輸有效的各類信息之外,總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑:一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾,這往往被忽視;二是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾,即信號線上的外部感應(yīng)干擾,這是很嚴(yán)重的。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低,嚴(yán)重時將引起元器件損傷。來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾:接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性(EMC的有效手段之一。正確的接地,既能抑制電磁干擾的影響,又能抑制設(shè)備向外發(fā)出

14、干擾;而錯誤的接地,反而會引入嚴(yán)重的干擾信號,使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。來自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾:主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生,如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響,模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。變頻器干擾:一是變頻器啟動及運(yùn)行過程中產(chǎn)生諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾,引起電網(wǎng)電壓畸變,影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量;二是變頻器的輸出會產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射干擾,影響周邊設(shè)備的正常工作。3.3 主要抗干擾措施(1電源的合理處理,抑制電網(wǎng)引入的干擾對于電源引入的電網(wǎng)干擾可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為1:1的隔離變壓器,以減少設(shè)備與地之間的干擾,還可以在電源輸入端串接LC濾波電

15、路。(2正確選擇接地點(diǎn),完善接地系統(tǒng)良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件,可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地的目的通常有兩個,其一為了安全,其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對PLC 系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點(diǎn)電位分布不均,不同接地點(diǎn)間存在地電位差,引起地環(huán)路電流,影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地,如果電纜屏蔽層兩端A,B都接地,就存在地電位差,有電流流過屏蔽層,當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時,地線電流將更大。此外,屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路,在變化磁場的作用下

16、,屏蔽層內(nèi)又會出現(xiàn)感應(yīng)電流,通過屏蔽層與芯線之間的耦合,干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其他接地處理混亂,所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布,影響PLC 內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低,邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲,造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測量精度下降,引起對信號測控的嚴(yán)重失真和誤動作。安全地或電源接地:將電源線接地端和柜體連線接地為安全接地。如電源漏電或柜體帶電,可從安全接地導(dǎo)入地下,不會對人造成傷害。系統(tǒng)接地:PLC控制器為了與所控的各個設(shè)備同電位而接地,叫系統(tǒng)接地。接地電阻值不得大于4 ,一般需將P

17、LC設(shè)備系統(tǒng)地和控制柜內(nèi)開關(guān)電源負(fù)端接在一起,作為控制系統(tǒng)地。信號與屏蔽接地:一般要求信號線必須要有惟一的參考地即“單點(diǎn)接地”,屏蔽電纜遇到有可能產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾的場合,也要在就地或者控制室唯一接地,防止形成“地環(huán)路”。信號源接地時,屏蔽層應(yīng)在信號側(cè)接地;不接地時,應(yīng)在PLC側(cè)接地;信號線中間有接頭時,屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理,一定要避免多點(diǎn)接地;多個測點(diǎn)信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏蔽電纜連接時,各屏蔽層應(yīng)相互連接好,并經(jīng)絕緣處理,選擇適當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c(diǎn)接點(diǎn)。(3對變頻器干擾的抑制變頻器的干擾處理一般有下面幾種方式:加隔離變壓器,主要是針對來自電源的傳導(dǎo)干擾,可以將絕大部分的傳導(dǎo)干擾阻隔在隔離變壓器之前;使用濾波器,濾波器具有較強(qiáng)的抗于擾能力,還具有防止將設(shè)備本身的干擾傳導(dǎo)給電源,有些還兼有尖峰電壓吸收功能;使用輸出電抗器,在變頻器到電動機(jī)