淺談PLC在發(fā)電站中的應(yīng)用

蘇業(yè)珍

（重慶市巴渝水利水電實(shí)業(yè)有限公司，重慶 405900）

1 PLC的概述

PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的控制裝置?？删幊炭刂破鲝臒o到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)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)據(jù)控制的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體簡單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制。過程控制及集散控制等，今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流設(shè)備，發(fā)揮著越來越大的作用。

PLC是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，20世紀(jì)70年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工作要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從起始步（步序號(hào)為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。

自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是分散安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場的各單機(jī)設(shè)備上，雖然它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中，但PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計(jì)的控制裝置，在設(shè)計(jì)和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運(yùn)行穩(wěn)定性和較高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。

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。從PLC的機(jī)外電路來說，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(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)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(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。

2 PLC在發(fā)電站中的應(yīng)用

2.1 發(fā)電站工業(yè)環(huán)境的特點(diǎn)

發(fā)電站的空間存在極強(qiáng)的電磁場，發(fā)電機(jī)的電壓高達(dá)數(shù)千，電流高達(dá)數(shù)百安甚至數(shù)千安，開關(guān)站的輸出電壓高達(dá)數(shù)十千伏或數(shù)百千伏。由于現(xiàn)場條件的限制，有時(shí)上百米長的強(qiáng)電電纜和FLC的信號(hào)電纜不能有效的分隔開，甚至只能敷設(shè)在同一電纜溝內(nèi)。高電壓、大電流接通和斷開時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)電干擾可能會(huì)在PLC輸入線上產(chǎn)生很強(qiáng)的感應(yīng)電壓和感應(yīng)流，足以使PLC輸入端的光電鍋臺(tái)器中的發(fā)光二極管發(fā)光，使光電耦臺(tái)器的抗干擾作用失效，導(dǎo)致PLC產(chǎn)生誤動(dòng)作。與一般的工業(yè)環(huán)境不同，發(fā)電站的繼電器控制系統(tǒng)中的繼電器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的是直流220V電源，在設(shè)計(jì)PLC的輸出電路時(shí)，應(yīng)充分考慮這一特點(diǎn)。

2.2 對(duì)電源的處理

電源是干擾進(jìn)PLC的主要途徑之一，電源干擾主要是通過供電線路的阻抗耦合產(chǎn)生的，各種大功率用電、發(fā)電設(shè)備是主要的干擾源。在電力系統(tǒng)中，如果使用220V的直流電源（蓄電池）給PLC供電，可以顯著地減少來自交流電源的干擾，在交流電源消失時(shí)，也能保證FLC的正常工作。某些PLC的電源輸入端內(nèi)有一個(gè)直接對(duì)220V交流電源整流的二極管整流橋，整流濾波后的直流電壓送給PLC內(nèi)的開關(guān)電源。開關(guān)電源的輸入電壓范圍很寬，這種PLC也可以使用220V直流電源。使用交流電源時(shí)，整流橋的每只二極管只承受一半的負(fù)載電流，使用直流電源時(shí)，有兩只二極管承受全部負(fù)載電流?？紤]到PLC的電源輸入電流很小，在設(shè)計(jì)時(shí)整流二極管一般都留有較大的裕量，這種PLC如使用直流220V電源電壓不會(huì)有什么問題。

2.3 抗干擾的隔離措施

PLC內(nèi)部用光電鍋臺(tái)器、輸出模塊中的小型繼電器和光電可控硅等器件來實(shí)現(xiàn)對(duì)外部開關(guān)量信號(hào)的隔離，PLC的模擬量I/O模塊一般也采取了光電鍋臺(tái)的隔離措施。這些器件除了能減少或消除外部干擾對(duì)系統(tǒng)的影響外，還可以保護(hù)CPU模塊，使之免受從外部竄入PLC的高電壓的危害，因此一般沒有必要在PLC外部再設(shè)置干擾隔離器件。

如果PLC輸入端的光電耦合器不能有效地抵抗干擾，可以用小型繼電器來隔離發(fā)電站中用長線引入PLC輸入端的開關(guān)量信號(hào)。光電耦合器中發(fā)光二極管的工作電流僅數(shù)毫安，而小型繼電器的線圈吸合電壓為數(shù)十毫安，強(qiáng)電干擾信號(hào)通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生的能量一般不可能使隔離用的繼電器吸合。有的系統(tǒng)需要使用外部信號(hào)的多對(duì)觸點(diǎn)。為了提高抗干擾能力，PLC的外部信號(hào)、PLC和計(jì)算機(jī)之間的串行通信線路也可以用光纖或帶光電耦合器的通信接口來隔離，在要求防火、防爆的環(huán)境更適于采用這種方法。

2.4 安裝與布線的注意事項(xiàng)

開關(guān)量信號(hào)一般對(duì)信號(hào)電纜無嚴(yán)格的要求，可選用一般的電纜，信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，可選用屏蔽電纜。模擬信號(hào)和高速信號(hào)線應(yīng)選擇屏蔽電纜。通信電纜要求可靠性高，有的通信電纜的信號(hào)頻率很高，一般應(yīng)選用PLC生產(chǎn)廠家提供的專用電纜，在要求不高或信號(hào)頻率較低時(shí)，也可以選用帶屏蔽的雙絞線電纜。

PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源。如大功率可控硅裝置、高頻焊機(jī)和大型動(dòng)力設(shè)備等。PLC不能與高壓電器安裝在同一個(gè)開關(guān)柜內(nèi)，在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線。與PLC裝在同一個(gè)開關(guān)柜內(nèi)的電感性元件，如繼電器、接觸器的線圈，應(yīng)并聯(lián)Rc消弧電路。PLC的I/O線與大功率線應(yīng)分開走線，如必須要在同一線槽中布線，信號(hào)線應(yīng)使用屏蔽電纜。交流線與直流線應(yīng)分別使用不同的電纜，開關(guān)量、模擬量I/ O線應(yīng)分開敷設(shè)，后者應(yīng)采用屏蔽線。不同類型的線應(yīng)分別裝入不同的電纜管或電纜槽中，并使其有盡可能大的空間距離。如果模擬量輸入/輸出信號(hào)距離PLC較遠(yuǎn)，應(yīng)采用4～20mA或0.10mA的電流傳輸方式，而不是易受干擾的電壓傳輸方式。

2.5 PLC輸出端的可靠性措施

繼電器輸出模塊的觸點(diǎn)工作電壓范圍寬，導(dǎo)通壓降小，與晶體管型和雙向可控硅型模塊相比，承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，但是動(dòng)作速度較慢。系統(tǒng)輸出量變化不是很頻繁時(shí)，一般選用繼電器型輸出模塊。PLC輸出模塊內(nèi)的小型繼電器的觸點(diǎn)很小，斷弧能力很差，不能直接用于發(fā)電站的DC220v電路中，必須用PLC驅(qū)動(dòng)外部繼電器，用外部繼電器的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)DC220v的負(fù)載。斷開直流電路要求較大的繼電器觸點(diǎn)，接通同一直流電路可用較小的觸點(diǎn)。選擇外接的繼電器時(shí)，應(yīng)仔細(xì)分析是用PLC來控制接通還是斷開外部回路。

結(jié)語

目前在各行業(yè)的微機(jī)綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)中廣泛使用的PLC，由于采用了上述的可靠性措施，在常年連續(xù)運(yùn)行的情況下，PLC都得以長期可靠的工作。

[1]張鵬飛,韓冬臣.PLC在發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].石河子科技，2011(5).

[2]文峰，張玉芹.PLC在發(fā)電廠自動(dòng)供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2000(4).