芻議PLC在電氣自動化控制中的應(yīng)用

尹彩梅

(云南冶金技工學(xué)校， 云南 昆明650215）

可編程控制器作為計算機(jī)家族的一員，是為了實現(xiàn)工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計的。為了代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制，早期制造出可編程控制器，即PLC。隨著該裝置功能的不斷提升，其作用早已超越了控制器的范圍。

1 PLC的原理及特點

PLC組成結(jié)構(gòu)如下，其原理可以大致的分為三個階段：首先是輸入采樣階段。在這一階段，PLC通過掃描的方式依次的讀取輸入數(shù)據(jù)及狀態(tài)，并將其存儲與I/O映像區(qū)的相應(yīng)單元。輸入完畢就可以進(jìn)入后續(xù)的用戶程序執(zhí)行階段，這一階段PLC通過由上而下的順序?qū)τ脩舻某绦蜻M(jìn)行掃描，對于每一條梯形圖，掃描的順序總是遵循著先左后右以及先上后下的順序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果刷新邏輯線圈在系統(tǒng)中的對應(yīng)狀態(tài)。最后是輸出刷新階段，在這一階段，CPU會按照I/O映像區(qū)中的數(shù)據(jù)及狀態(tài)刷新所有的輸出鎖存電路并輸出到電路驅(qū)動的相關(guān)外圓設(shè)備。

圖1 PLC組成結(jié)構(gòu)

PLC具有以下明顯的特點：可靠性強(qiáng)。PLC具有極強(qiáng)的抗干擾能力，相比傳統(tǒng)繼電器技術(shù)更加適合于復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境；反應(yīng)快。由于PLC中將傳統(tǒng)的機(jī)械觸電繼電器替換為內(nèi)部自定義的輔助繼電器，同時也取消了連接導(dǎo)線，而使用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替，為此就可以忽略其節(jié)點變位時間，不必考慮傳統(tǒng)繼電器的返回系數(shù)；操作簡單。此項控制技術(shù)通過使用簡單的指令形式、直觀的簡單程序?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場的操作，避免了由于操作人員參差不齊的電氣技術(shù)帶來的問題。

2 PLC在電力系統(tǒng)中的主要應(yīng)用

2.1 開關(guān)量控制

（1）斷路器控制與PLC的應(yīng)用。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中主要的使用電磁繼電器作為主要的控制器，但是由于這種器件中大量的使用電磁原件，而其自身存在的大量觸點就直接的降低了所構(gòu)成系統(tǒng)的可靠性，同時也由于接線的復(fù)雜性以及后續(xù)維修的困難性，致使近年來開始大量的使用PLC。

（2）自動切換。供電質(zhì)量的重要指標(biāo)是供電的可靠性，很早之前的供電企業(yè)為了加強(qiáng)供電的可靠性就設(shè)置了備用電源。只是最初進(jìn)行的供回電線路的操作是由手動實現(xiàn)的，但這間隔的幾秒鐘時間就可以使得供電要求較高的用戶蒙受很大的損失。為此，基于提升供電可靠到性的要求，PLC構(gòu)成的備用電源自動投入裝置開始應(yīng)用于實際。這一裝置通過編程來使用各種運(yùn)行方式，并將采集到的一次設(shè)備的正常運(yùn)行信號作為后備電源關(guān)閉或者啟動的根據(jù)。由于這一系統(tǒng)具備邏輯判斷以及數(shù)據(jù)處理功能，為此不僅可以實現(xiàn)備用電源的自動投切，同時可以在綜合考慮系統(tǒng)運(yùn)行狀況以及其它操作。

2.2 順序控制

在火力發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部，作為輔助系統(tǒng)的工藝流程一般可以分為開關(guān)量的控制與順序控制兩大類。隨著近年來我國資源的緊張以及環(huán)境問題的惡化，傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)逐漸地被PLC控制系統(tǒng)所控制，以達(dá)到提升企業(yè)輔助車間的自動化水平。尤其是最新的PLC系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)單獨(dú)工藝的流程控制，而且還可以通過通信總線與信息模塊的連接實現(xiàn)全廠工作的控制。

2.3 在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用

上面概述了PLC的主要功能后，這里主要針對于PLC在礦井提升機(jī)中的具體應(yīng)用進(jìn)行論述。

礦井提升機(jī)作為一種大型的絞車，是煤礦開采行業(yè)的重要設(shè)備。PLC在礦井提升機(jī)的應(yīng)用極大的提升了提升機(jī)的工作效率，而提升機(jī)的主要調(diào)速控制是通過變頻PLC進(jìn)行的。其具體的應(yīng)用如下：當(dāng)操作人員聽到開車信號時按下開車按鈕，此時PLC控制將AC380V電流接入變頻器。當(dāng)提升機(jī)開始運(yùn)行時，首先要對電機(jī)施加直流制動，然后再松開機(jī)械抱閘，以達(dá)到防止溜車的目的。提升機(jī)在運(yùn)行過程中的速度變化曲線可以通過對PLC變成進(jìn)行產(chǎn)生，然后將經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的信號由模擬量輸出口輸出以實現(xiàn)對于變頻器的控制。實際的使用也可以根據(jù)實際工況選擇人工控制提升機(jī)速度。

同時在旋轉(zhuǎn)編碼器的輔助下，極大的方便了檢測提升機(jī)的速度以及位置。首先編碼器將檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號傳遞給PLC，然后PLC就可以根據(jù)得到的這一信號累計計算提升機(jī)的速度及行走距離，此時監(jiān)視器上就會相應(yīng)的顯示出提升機(jī)的速度以及位置。井口還設(shè)置了液壓站，其作用類似于電磁抱閘，可用于重車靜止時的制動。重車制動是在PLC以及變頻器的控制下實現(xiàn)的，先通過液壓站給卷筒施加機(jī)械制動力，然后取消直流制動力。

變/工頻切換和聲光報警電路。這種輔助電路的設(shè)計方案是將報警裝置設(shè)置在變頻器端：當(dāng)PLC的Q3.1，Q3.2的輸出開關(guān)量為“1”時，相應(yīng)的Q3.3的輸出開關(guān)量為“0”，此時接觸器KM2就會發(fā)生動作，將電動機(jī)接到變頻器的輸出端。當(dāng)KM2發(fā)生動作后，相應(yīng)的KM1也發(fā)生動作，即將工頻電源與變頻器的輸出端連接以啟動電機(jī)。與此同時，與接觸器KM3線圈控制電路連接的接觸器KM2的常閉觸點斷開，以達(dá)到接觸器KM3不接通的狀態(tài)，以保證整個系統(tǒng)處于工頻運(yùn)行狀態(tài)。

當(dāng)變頻器在運(yùn)行的過程中發(fā)生故障而跳閘，此時的變頻器的“NC-COM”觸點就會斷開，導(dǎo)致KM1以及KM2線圈均失電，其主觸點就會切斷變頻器與電機(jī)、電源之間的連接。與此同時“NO-COM”觸點也會相應(yīng)的閉合，從而導(dǎo)致警報揚(yáng)聲器HA以及報警等HL進(jìn)行聲光報警。PLC內(nèi)部的時間繼電器也會得電，并在一定的延時后閉合，從而使得Q3.3的輸出為“1”并保持，使得電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入工頻運(yùn)行狀態(tài)。

此外PLC在中央空調(diào)、公交系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)以及在泵類電機(jī)中都有著廣泛的應(yīng)用。

3 PLC發(fā)展趨勢

不斷加強(qiáng)PLC的抗干擾能力。盡管PLC控制系統(tǒng)具有很好的抗干擾能力，但是對于一些電磁干擾過于強(qiáng)烈或者是生產(chǎn)環(huán)境極為惡劣的情況也會致使PLC控制系統(tǒng)的控制失誤或者運(yùn)算失誤，從而導(dǎo)致正常的生產(chǎn)運(yùn)行受到干擾。為此，在今后的一段時間內(nèi)，不斷研發(fā)具備更高抗干擾能力的PLC系統(tǒng)，不斷的提升其在設(shè)計、安裝以及使用中的性能。

網(wǎng)絡(luò)化以及數(shù)字化。目前在火電系統(tǒng)中，DCS技術(shù)逐漸的普及并逐步成熟，只是近幾年的發(fā)展較為緩慢，而PLC作為發(fā)展迅速的技術(shù)，使得二者在發(fā)展的過程中相互吸收、利用，并逐漸發(fā)展成為新的控制系統(tǒng)—FCS系統(tǒng)。這一系統(tǒng)即有原來系統(tǒng)的優(yōu)勢，同時也具備了工業(yè)自動化的、智能化、數(shù)字化的特點，因此在近年來的火電廠發(fā)展中得到廣泛的應(yīng)用。

結(jié)語

鑒于未來多種行業(yè)的生產(chǎn)過程具有不同的控制需要，為此PLC控制系統(tǒng)需要不斷開發(fā)新的產(chǎn)品，使得產(chǎn)品的規(guī)格更為齊全、性能更加優(yōu)異，不斷促進(jìn)自動化控制網(wǎng)絡(luò)、國際通用網(wǎng)絡(luò)以及人類電氣化的發(fā)展。我們相信在未來的幾年，PLC會有更大的發(fā)展，不僅產(chǎn)品種類更加豐富、規(guī)格更加齊全，并且全新的人機(jī)界面也會使得這一技術(shù)更好的適應(yīng)工業(yè)控制場合的需要。

[1]劉善增.PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2004 (7)：39～41.

[2]劉新正.PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].新世紀(jì)水泥導(dǎo)報，2005(2).

[3]鄭晟，鞏建平，張學(xué).現(xiàn)代可編程序控制器原理與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[4]齊從謙,王士蘭等.PLC技術(shù)及應(yīng)用(第2版)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2008(4).