(整理)PLC在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景概述.

1、精品文檔PLC在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景概述xxx 200702403xx【 摘要 】 本文介紹了現(xiàn)階段可編程邏輯控制器PLC 在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，著重描述了在順序控制、開關(guān)量控制和閉環(huán)控制三個(gè)方面的典型應(yīng)用，并提出使用建議。然后結(jié)合當(dāng)前DCS FCS&電力系統(tǒng)中的發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了 PLC廣闊的發(fā)展前景。 【關(guān)鍵詞】PLC順序控制；開關(guān)量控制；閉環(huán)控制；網(wǎng)絡(luò)化1 概述可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller ,簡稱PLC或PC)是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng) 用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算

2、、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字量、模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC 是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)。PLC 的主要特點(diǎn)如下：A.用內(nèi)部已定義的各種輔助繼電器代替機(jī)械觸點(diǎn)繼電器，通過軟件編程方式用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實(shí)際的硬件連接導(dǎo)線，這些內(nèi)部繼電器的節(jié)點(diǎn)變位時(shí)間可理想化地認(rèn)為等于零，因此只需考慮它的0-1狀態(tài)而無需考慮傳統(tǒng)繼電器所固有的返回系數(shù)；B.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，適用于復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境；C.配套齊全，功能完善，

3、適用性強(qiáng)，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能；D.易學(xué)易用，照顧到現(xiàn)場(chǎng)電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是 PLC的程序編制采用簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)。經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，PLC 已十分成熟與完善，尤其在順序控制、開關(guān)量邏輯運(yùn)算和處理這兩方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，而模擬量閉環(huán)控制也已非常成熟。PLC 技術(shù)自從引入我國的電力行業(yè)后就得到了廣泛應(yīng)用，并發(fā)展壯大。2 PLC 在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀2.1 順序控制在火力電廠輔助系統(tǒng)中主要包括化學(xué)補(bǔ)給水處理系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)和除灰系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)的工藝流程多以順序控制和開關(guān)量控制為主。隨著我國電力體制改革的深化，

4、電力市場(chǎng)競爭將更加激烈，降低資源損耗和提高管理效益成為各發(fā)電企業(yè)的迫切需求。為此，對(duì)火電廠輔助車間自動(dòng)控制水平提出了更高的要求。經(jīng)過科技人員的不斷引進(jìn)、開發(fā)、研究,我國大型火電站的輔助系統(tǒng)(輸煤、化水、除灰、除渣、燃油泵房、循環(huán)水泵房等)已由繼電器控制過渡到完全由PLC 監(jiān)控。隨著機(jī)組容量的不斷增大、自動(dòng)化程度的不斷提高以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)、光纖技術(shù)的日趨成熟，采用 PLC 構(gòu)成的獨(dú)立控制子系統(tǒng)不僅單獨(dú)控制某個(gè)工藝流程，同時(shí)PLC 子系統(tǒng)還可以通過相應(yīng)的通信模塊掛在通信總線上，實(shí)現(xiàn)全廠數(shù)據(jù)通信，以便電廠控制中心掌握各輔助工藝系統(tǒng)情況，協(xié)調(diào)全廠工作。目前，PLC 技術(shù)在電站輔助系統(tǒng)中得到了越來

5、越廣泛的應(yīng)用。2.1.1 輸煤系統(tǒng)一個(gè)好的輸煤自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以有效提高生產(chǎn)效率，改善環(huán)境，減少對(duì)工人的健康損害，保障生產(chǎn)的安全。目前許多燃煤電廠均將輸煤系統(tǒng)早期的人力控制、強(qiáng)電控制改為微機(jī)控制。燃煤電廠的輸煤系統(tǒng),通常都由卸煤系統(tǒng)、儲(chǔ)煤系統(tǒng)、上煤子系統(tǒng)、配煤子系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等幾個(gè)子系統(tǒng)組成。輸煤程控精品文檔精品文檔系統(tǒng)技術(shù)方案大多采用輸煤控制系統(tǒng)、輸煤工業(yè)電視及輸煤傳感器（含執(zhí)行機(jī)構(gòu)）三部分構(gòu)成。輸煤控制系統(tǒng)采用分層式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，縱向分為三層：主站層、遠(yuǎn)程IO 站、現(xiàn)場(chǎng)傳感器（含執(zhí)行機(jī)構(gòu)）。主站層由可編程控制器（PLC）和人機(jī)接口設(shè)備組成，PLC 的 CPU 按雙機(jī)熱備配置，通訊模件按冗余配置

6、，主站層全部設(shè)備布置在輸煤集控樓內(nèi)。遠(yuǎn)程IO站設(shè)備和主站層程控主機(jī)之間由光纖通訊總線（冗余熱備）連接。遠(yuǎn)程 IO 站設(shè)備和輸煤傳感器（含執(zhí)行機(jī)構(gòu) ）之間通過二次控制電纜連接。輸煤程控系統(tǒng)采用控制室集中控制方式,就地只設(shè)事故緊急停機(jī)拉線開關(guān)和檢修用啟停按鈕?？刂剖覂?nèi)以PLC 程序自動(dòng)控制為主（正常運(yùn)行方式）、帶聯(lián)鎖或解除聯(lián)鎖手動(dòng)控制為輔（事故或緊急情況下運(yùn)行方式）。運(yùn)行人員在控制室內(nèi)通過顯示屏和電腦就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)主要輸煤設(shè)備的監(jiān)視和控制。近年來,許多燃煤電廠都基本實(shí)現(xiàn)了輸煤系統(tǒng)的PLC 控制 ,提高了生產(chǎn)的可靠性,有效改善了工作條件 ,減少了值班人員，勞動(dòng)生產(chǎn)率得到了不同程度的提高。2.1.2 除

7、灰系統(tǒng)電廠重視環(huán)保，也重視廢物綜合利用，為實(shí)現(xiàn)電輸塵下來的粉煤灰綜合利用，已廣泛采用氣力除灰系統(tǒng)。 目前國內(nèi)的氣力除灰控制系統(tǒng)大部分已經(jīng)從傳統(tǒng)的繼電器邏輯電路順序型控制系統(tǒng)逐步過度到以可編程邏輯控制器PLC 為主要核心的順序控制系統(tǒng)。除灰系統(tǒng)的PLC 控制系統(tǒng)是一個(gè)較復(fù)雜的程控項(xiàng)目 ,其主要控制對(duì)象為:輸送風(fēng)機(jī)、氣化風(fēng)機(jī)、倉泵、加熱器、各類閥門、卸灰裝置、布袋除塵器、收灰風(fēng)機(jī)及管道壓力等，有很多的輸人輸出點(diǎn)控制結(jié)構(gòu)和功能比較復(fù)雜。可以由 PLC、傳感器、二次儀表以及主控柜組成，也可按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為有操作員站、下位機(jī)控制器兩大部分。在對(duì)系統(tǒng)的可靠性要求很高的地方，PLC 可采用雙機(jī)熱備（硬熱備）配

8、置。PLC 的軟件基于模塊化的設(shè)計(jì)架構(gòu)，此種方式既便于修改，增加可讀性，便于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。整個(gè)系統(tǒng)程序由1 個(gè)主程序模塊和N 個(gè)功能模塊組成。利用 PLC 遠(yuǎn)程站完善的功能，可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠鍋爐排灰渣系統(tǒng)的自動(dòng)控制，甚至無人值班。2.2 開關(guān)量控制由于 PLC 的本質(zhì)是用內(nèi)部已定義的各種輔助繼電器代替機(jī)械觸點(diǎn)繼電器，這些內(nèi)部繼電器的節(jié)點(diǎn)變位時(shí)間可理想化地認(rèn)為等于零，只需考慮它的0-1 狀態(tài)而無需考慮傳統(tǒng)繼電器所固有的返回系數(shù)，所以用 PLC 來進(jìn)行開關(guān)量控制是非常合適的。2.2.1 斷路器控制在傳統(tǒng)的發(fā)電廠和變電所中，高壓斷路器控制及信號(hào)電路均采用電磁型繼電器為主要元件。為實(shí)現(xiàn)各種邏輯電路，采

9、用了大量的電磁元件。眾多電磁元件的機(jī)械觸點(diǎn)降低了可靠性，同時(shí)接線復(fù)雜、檢修困難，并占用較大空間。目前，可編程邏輯控制器（ PLC）的應(yīng)用，解決了存在的諸多問題 PLC內(nèi)部大量的軟繼電器可以替代眾多的實(shí)物元件，可在實(shí)現(xiàn)原有控制電路功能的途徑上有更好的選擇。PLC本身的可靠性很高,用來控制斷路器也具有高可靠性。為保證變電所設(shè)備的安全運(yùn)行及方便運(yùn)行人員監(jiān)視，高壓斷路器控制電路通常需滿足以下要求：可進(jìn)行正常的手動(dòng)分、合閘操作；操作正常分、合閘完畢，給出相應(yīng)指示信號(hào)；不能正常操作時(shí)應(yīng)給出相應(yīng)指示信號(hào)；正常分、合閘完畢應(yīng)自動(dòng)切斷分、合閘回路；事故時(shí)可自動(dòng)分閘，并給出事故的音響和閃光信號(hào)；具備必要的閉鎖措施

10、,防止斷路器“跳躍 ”。高壓斷路器采用了PLC 控制后，簡化了二次接線，因?yàn)镻LC 的輸入、輸出的接線很有規(guī)律，輸入、輸出均各有公共端,所有元件的另一端接入相應(yīng)的輸入端或輸出端，接線不易出錯(cuò)。原有繁瑣的二次接線及邏輯電路現(xiàn)被PLC 的內(nèi)部元件取代，無需再配備專門的閃光電源，原有硬件參數(shù)的調(diào)整（如動(dòng)作時(shí)間等）也改由程序參數(shù)設(shè)定，只要編制符合要求的控制程序，通過簡單的接線即可達(dá)到要求。對(duì)于斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)而言，其輔助開關(guān)數(shù)目也可簡化。同時(shí)由于修改程序方便，只需選擇合適型號(hào)的PLC,修改控制程序，便能實(shí)現(xiàn)變電所中多臺(tái)斷路器的控制及信號(hào)顯示功能。維護(hù)和檢修工作量也相應(yīng)減少。2.2.2 自動(dòng)切換系統(tǒng)自動(dòng)

11、重合閘，備用電源自動(dòng)投入。為了加強(qiáng)供電可靠性，備用電源自動(dòng)投入裝置早精品文檔精品文檔已應(yīng)用在發(fā)電廠和變電站中。以最典型單母線分段形式的電源為例 （見下圖1）正常運(yùn)行時(shí)為了限制短 路電流，分段斷路器 Q1處閘狀態(tài)，電源1和電源2獨(dú)立運(yùn)行并互為暗備用。當(dāng)其中一條回路電源故 障時(shí)，可通過手動(dòng)或自動(dòng)切換操作，使分段斷路器 Q1合閘，另一回路電源承擔(dān)整個(gè)負(fù)荷。手動(dòng)運(yùn)行方 式只能滿足允許短時(shí)（幾秒至幾分鐘）停電用戶的需要，對(duì)于要求連續(xù)供電的用戶，這種短時(shí)停電是不 允許的。為了提高供電可靠性，設(shè)計(jì)要求在分段斷路器 Q1上裝設(shè)備用電源自動(dòng)投入裝置（以下簡稱備 自投）。早期應(yīng)用的電磁型備用電源自投裝置是由若干繼

12、電器根據(jù)不同的運(yùn)行方式構(gòu)成相應(yīng)的備自投回路, 其缺點(diǎn)是改變運(yùn)行方式困難，邏輯回路設(shè)計(jì)復(fù)雜，繼電器易損，可靠性低，運(yùn)行維護(hù)極為不便。由PLC構(gòu)成的備用電源投入裝置可根據(jù)變電站的運(yùn)行方式， 通過編程完成各種復(fù)雜的邏輯和功能, 適應(yīng)各種運(yùn)行方式，滿足電網(wǎng)一次接線要求。PLC采集一次設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，作為備自投的啟 動(dòng)條件和閉鎖條件，通過編程來實(shí)現(xiàn)不同的功能，以適應(yīng)不同的運(yùn)行方式。與繼電器組成的備用電源自 動(dòng)投入裝置相比，該方案具有可靠性高、接線簡單、控制靈活、調(diào)試方便和投資小等優(yōu)點(diǎn)。由于PLC具有數(shù)據(jù)處理和邏輯判斷的功能，使PLC型備自投裝置不僅能完成備自投裝置規(guī)定的操作，而且能在操作時(shí)考慮系

13、統(tǒng)運(yùn)行情況以及系統(tǒng)的其他操作要求，裝置可通過顯示窗口顯示主要設(shè)備 的運(yùn)行情況。另外，對(duì)裝置的調(diào)試維護(hù)也很方便，通過離線仿真可以測(cè)試軟件，不影響設(shè)備的安全運(yùn)行， 而且可以通過改變程序來適應(yīng)不同的運(yùn)行方式。裝置本身具有很強(qiáng)的抗干擾能力，使其可靠性高于電磁 型裝置。同時(shí)PLC的通信功能為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。實(shí)踐證明PLC在備用電源自動(dòng)投入中的控制是一種經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用的方法運(yùn)行，采用 PLC實(shí)現(xiàn)備 自投功能使供電可靠性有了大幅度地提高，其運(yùn)行效果有了明顯改善。2.3 閉環(huán)控制在電力系統(tǒng)自動(dòng)化的控制中，經(jīng)常要用到閉環(huán)控制方式來實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、流量、速度等連續(xù)變化的模擬量控制。初期的 PL

14、C在閉環(huán)控制方面并不擅長，而當(dāng)前新型的 PLC也兼有閉環(huán)控制功能，并 且已十分成熟。各PLC生產(chǎn)廠家推出的中、小型PLC模塊均提供了 PID指令，可以實(shí)現(xiàn)PID控制， 這種模塊的PID控制程序是PLC生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的，并存放在模塊中，用戶使用時(shí)序只需要設(shè)置一些參 數(shù)，使用起來非常方便，一個(gè)模塊可以控制幾路甚至幾十路閉環(huán)回路。直接應(yīng)用 PID指令來實(shí)現(xiàn)基于 PLC的PID控制，是一種易于實(shí)現(xiàn)且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。2.3.1 水泵、油泵電動(dòng)機(jī)以發(fā)電廠機(jī)組調(diào)速器油泵為例，其啟動(dòng)方式有種自動(dòng)啟動(dòng)、機(jī)旁屏手動(dòng)啟動(dòng)和在現(xiàn)地控制箱手動(dòng)啟 動(dòng)。自動(dòng)運(yùn)行的情況下，每臺(tái)調(diào)速器油泵根據(jù)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間的長短，在開機(jī)過程中由現(xiàn)

15、地PLC控制單元 的順控模塊選擇運(yùn)行時(shí)間累計(jì)短的為主用泵、運(yùn)行時(shí)間累計(jì)長的為備用泵。自動(dòng)啟動(dòng)條件為調(diào)速器壓油罐壓力下降到時(shí)啟動(dòng)主用泵，如果壓油罐壓力繼續(xù)下降到整定值時(shí)，備用泵跟著啟動(dòng)，向壓油罐打油。 在機(jī)旁屏手動(dòng)啟動(dòng)調(diào)速器油泵，只需將欲啟動(dòng)油泵的控制開關(guān)打至"ON”位即可。而在現(xiàn)地控制箱上的手動(dòng)啟動(dòng)只需首先將機(jī)旁屏上的控制方式選擇開關(guān)打至"調(diào)速器手動(dòng)”位后，在現(xiàn)地控制箱上操作欲啟動(dòng) 油泵的啟動(dòng)和停止按鈕，就能啟動(dòng)調(diào)速器油泵。主用泵的選擇主用泵可以由 PLC按各自的運(yùn)行小時(shí)來自動(dòng)選擇主用泵或手動(dòng)設(shè)定，在機(jī)組現(xiàn)地控 制單元的觸摸屏上可以完成主用泵的選擇方式的設(shè)定；當(dāng) PLC重新

16、啟動(dòng)后，將會(huì)默認(rèn)主用泵。PLC將 2臺(tái)油泵的啟動(dòng)優(yōu)先權(quán)輸出到優(yōu)先權(quán)選擇繼電器。PLC程序輸出油泵的啟動(dòng)命令后與優(yōu)先權(quán)繼電器配合來選擇啟動(dòng)相應(yīng)的油泵。油泵的控制分PLC控制和常規(guī)控制。這 2個(gè)部分是相輔相成的，而且常規(guī)回路作為PLC控制的補(bǔ)充，作為油泵控制的安全回路，即使在PLC故障等特殊情況下，也能保證調(diào)速油的供給，提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性。2.3.2 發(fā)電機(jī)調(diào)速器控制水輪機(jī)調(diào)速器是保證水力發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的重要控制設(shè)備，直接關(guān)系到機(jī)組的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)速器的發(fā)展先后經(jīng)歷了 3個(gè)階段：機(jī)械液壓型調(diào)速器、電氣液壓型調(diào)速器和微機(jī)調(diào)速器。PLC調(diào)速器控制系統(tǒng)通常由轉(zhuǎn)速測(cè)量單元、電子調(diào)節(jié)單元和電液執(zhí)行

17、單元組成。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速測(cè)量、調(diào)節(jié)規(guī)律的形成和驅(qū)動(dòng)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的職能分別由上述 3個(gè)功能單元實(shí)現(xiàn)，其控制規(guī)律由軟件形成，這使復(fù)雜控制規(guī)律的 研究和實(shí)現(xiàn)成為可能。目前，水力發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)使用最為廣泛的仍然是典型的比例積分微分PID控制，框圖如下圖2:3對(duì)PLC應(yīng)用的建議及前景展望3.1 增加可靠性抗干擾能力PLC是一種專為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)的， 一般而言，無須任何保護(hù)措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境 中使用。然而，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(cuò)誤或運(yùn) 算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證PLC的正常運(yùn)行。要提高PLC控制系統(tǒng)可

18、靠性，一方面生產(chǎn)廠家要提高 PLC的抗干擾能力；另一方面，要在設(shè) 計(jì)、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合，減少及消除干擾對(duì)PLC的影響。3.2 加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化當(dāng)前最廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠的集散型控制系統(tǒng) DCS經(jīng)歷了 30多年的發(fā)展，技術(shù)日益成熟，取得了 豐富的經(jīng)驗(yàn)。然而目前 DCS的發(fā)展開始減緩和停滯。如何使 DCS仍然可以大跨步地繼續(xù)向前發(fā)展， 其中一個(gè)關(guān)鍵問題就在于通用化的硬件平臺(tái)，PLC的融入。隨著微電子及控制技術(shù)的發(fā)展，PLC系統(tǒng) 和DCS系統(tǒng)在不斷吸收彼此的特點(diǎn)，逐步地走向同化。集散控制系統(tǒng)DCS經(jīng)過了初創(chuàng)期、成熟期和擴(kuò)展期之后，又出現(xiàn)了新一代控制系統(tǒng),現(xiàn)場(chǎng)總線控 制系統(tǒng)FCS,它是第五代過程控制系統(tǒng)，是由 DCS與PLC發(fā)展而來，F(xiàn)CS不僅具備DCS與PLC 的特點(diǎn)，它保留了 DCS的特點(diǎn)，或者說FCS吸收了 DCS多年開發(fā)研究以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)然 也包括教訓(xùn)，