電廠PLC控制系統(tǒng)分析與設(shè)計研究

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(shè)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(guān)量和模擬量信號進(jìn)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(dá)到預(yù)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(guān)投入。在此背景下，本文在對PLC進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合PLC在電廠中的應(yīng)用現(xiàn)狀，對其進(jìn)行針對性的設(shè)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(shè)計與分析

0　引言

現(xiàn)階段電廠已經(jīng)認(rèn)識到應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)的有效性，并結(jié)合PLC的性能不斷進(jìn)行應(yīng)用創(chuàng)新，但現(xiàn)階段在應(yīng)用的過程中仍存在諸多問題，如受現(xiàn)場條件限制在老設(shè)備改造工程中強(qiáng)行將上百米的強(qiáng)電纜與PLC信號電纜設(shè)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(shè)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(shè)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(jié)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(jié)構(gòu)和規(guī)模，PLC單機(jī)與直接擴(kuò)展模塊相結(jié)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(jìn)行有效的控制，而相反情況的系統(tǒng)需要在此基礎(chǔ)上增加遠(yuǎn)程通訊擴(kuò)展模塊，在設(shè)計時需要結(jié)合具體的輸入輸出點數(shù)量和種類等，進(jìn)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(yù)留備用空間[1]。其次，負(fù)載類型，現(xiàn)階段PLC控制系統(tǒng)負(fù)載信號主要包括對應(yīng)開關(guān)量模塊的開關(guān)量和對應(yīng)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(dāng)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(jì)性相比更加突出，而模擬量在應(yīng)用使需要結(jié)合負(fù)載信號自身屬于的類型和擁有的數(shù)量等進(jìn)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(fù)雜程度和系統(tǒng)的規(guī)模等進(jìn)行確定，考慮到資源利用率問題，通常情況下，應(yīng)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(yīng)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(yán)格的特殊結(jié)構(gòu)應(yīng)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(jié)構(gòu)，考慮到經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)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(yīng)用PLC控制系統(tǒng)的過程中應(yīng)有意識的采取抗干擾的措施，現(xiàn)階段應(yīng)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(yīng)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(jié)合應(yīng)用的方式或?qū)ψ儔浩鬟M(jìn)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(yīng)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(yīng)針對不同的情況采取對應(yīng)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(jié)合的方式對與強(qiáng)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(chǔ)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(qiáng)干擾的處理；通過新號端口與信號隔離器相結(jié)合的方式，實現(xiàn)對系統(tǒng)的運行保護(hù)等。除此之外，結(jié)合干擾強(qiáng)度選擇相應(yīng)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(shè)計時應(yīng)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(yīng)通過屏蔽隔離保護(hù)等措施使PLC系統(tǒng)正常運行；另外，在設(shè)計的過程中應(yīng)有意識的將系統(tǒng)的控制線和通訊線分別獨立設(shè)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(shè)計的過程中應(yīng)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(shè)計，另外，PLC系統(tǒng)接地電阻應(yīng)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(jìn)一步保證電廠PLC控制系統(tǒng)在運行的過程中可以達(dá)到預(yù)期的目的，可見電廠PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用于具體的設(shè)計之間具有密不可分的關(guān)系，所以本文結(jié)合電廠PLC控制系統(tǒng)的實際應(yīng)用，對其設(shè)計進(jìn)行深入的分析。

3　電廠PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用

（1）電廠供配電網(wǎng)絡(luò)中PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)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(shè)計的過程中有意識的將PLC添加到繼電保護(hù)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?qū)崿F(xiàn)對傳統(tǒng)接觸式繼電器控制思想、設(shè)計方案等方面的包容，使設(shè)計過程簡單化，大量重復(fù)進(jìn)行的編程工作被直接的舍去，可見其在電廠供配電網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)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(hù)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(hù)對象為劃分標(biāo)準(zhǔn)，分成保護(hù)繼電器組和PLC控制系統(tǒng)兩個部分，所以在設(shè)計的過程中，需要將電廠的PLC控制系統(tǒng)設(shè)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(jìn)行針對性的設(shè)計，以此保證PLC控制系統(tǒng)在供配電網(wǎng)絡(luò)中可以發(fā)揮預(yù)期的作用。例如當(dāng)供配電網(wǎng)中出現(xiàn)某個欠電壓或過電壓的機(jī)構(gòu)發(fā)生動作的現(xiàn)象時，自然會出現(xiàn)一個對應(yīng)的PLC開關(guān)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(jìn)行編寫時，會無形中將常規(guī)繼電器的返回系數(shù)、響應(yīng)時間等美化，使梯形圖并不能準(zhǔn)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(jìn)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(rèn)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(yīng)時間將會影響PLC控制系統(tǒng)的控制精準(zhǔn)度，所以在設(shè)計的過程中應(yīng)有意識的進(jìn)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(yīng)的線圈后直接安裝繼電器，使繼電器的相應(yīng)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(jié)合PLC控制系統(tǒng)的指令快速的進(jìn)行相應(yīng)；一方面又可以使供配電網(wǎng)中的備用電源結(jié)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(shè)計的過程中對PLC控制系統(tǒng)的功能和常見問題進(jìn)行針對性的強(qiáng)化或避免后，將PLC控制系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)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(jìn)行，直接關(guān)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(guān)系，將PLC控制系統(tǒng)應(yīng)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(shè)備運行情況檢測的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對輸煤系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)備的自動控制，使輸煤系統(tǒng)的運行效率和質(zhì)量等得到保證。現(xiàn)階段通常用本地控制結(jié)構(gòu)、PLC現(xiàn)場控制站和輸沒控制中心構(gòu)成電廠輸煤控制系統(tǒng)，在針對性的設(shè)計過程中，需要結(jié)合各結(jié)構(gòu)的功能以及運行原理進(jìn)行。首先，在設(shè)計的過程中考慮到電廠輸煤自動控制系統(tǒng)中各種設(shè)備在功能上具有密切的關(guān)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(yuǎn)程控制分站結(jié)合實際需要合理的布置，利用遠(yuǎn)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(zé)由原有的現(xiàn)場監(jiān)督轉(zhuǎn)化為對遠(yuǎn)程控制分站檢測結(jié)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(yuǎn)程控制中心有效傳送，通過位于控制中心的工業(yè)計算機(jī)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(jìn)行判定，并針對性的下達(dá)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(jī)之間的關(guān)系是PLC和工業(yè)計算機(jī)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(shè)計過程中應(yīng)強(qiáng)化上下機(jī)之間的關(guān)系，保證遠(yuǎn)程監(jiān)控站的數(shù)據(jù)可以實時、全面的在工業(yè)計算機(jī)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(guān)的輸出信號，但受上位機(jī)的指令和信號影響，這要求在設(shè)計的過程中對上位機(jī)和PLC之間的配合度進(jìn)行針對性的優(yōu)化。

在對應(yīng)用于電廠輸煤控制系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的過程中，需要注意控制系統(tǒng)的設(shè)備之間具有密切的關(guān)系，而且其運行狀態(tài)以對應(yīng)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(shè)置手動控制裝置，當(dāng)現(xiàn)場的條件決定控制距離較遠(yuǎn)的情況下，需要在近程手動控制裝置的基礎(chǔ)上設(shè)置遠(yuǎn)程手動控制，這也是將自動控制系統(tǒng)與人工控制相結(jié)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(jié)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(yīng)用空間，但其設(shè)計難度相比單機(jī)設(shè)計要更大，需要設(shè)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(rèn)識，并結(jié)合通訊接口、協(xié)議等因素進(jìn)行，所以電廠在認(rèn)識到PLC控制系統(tǒng)的重要性的同時，應(yīng)有意識的強(qiáng)化相關(guān)設(shè)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(shè)計[D]．廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，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(shè)計[J]．應(yīng)用能源技術(shù)，2015,01:45~49．

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

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1671-0711（2016）09（上）-0116-02