淺談PLC在發電站中的應用

蘇業珍

（重慶市巴渝水利水電實業有限公司，重慶 405900）

1 PLC的概述

PLC是專門為工業生產服務的控制裝置。可編程控制器從無到有，實現了工業控制領域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍，其功能從弱到強，實現了邏輯控制到數據控制的進步，其應用領域從小到大，實現了單體簡單控制到勝任運動控制。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控制領域的主流設備，發揮著越來越大的作用。

PLC是由模仿原繼電器控制原理發展起來的，20世紀70年代的PLC只有開關量邏輯控制，首先應用的是汽車制造行業。它以存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和運算等操作的指令；并通過數字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產過程。用戶編制的控制程序表達了生產過程的工作要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內容逐條執行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內有指示程序步存儲地址的程序計數器，在程序運行過程中，每執行一步該計數器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環運算。

自動化系統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現場的各單機設備上，雖然它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環境中，但PLC是專門為工業生產環境而設計的控制裝置，在設計和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強的適應惡劣工業環境的能力、運行穩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環境使用。

高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統具有極高的可靠性也就不奇怪了。

2 PLC在發電站中的應用

2.1 發電站工業環境的特點

發電站的空間存在極強的電磁場，發電機的電壓高達數千，電流高達數百安甚至數千安，開關站的輸出電壓高達數十千伏或數百千伏。由于現場條件的限制，有時上百米長的強電電纜和FLC的信號電纜不能有效的分隔開，甚至只能敷設在同一電纜溝內。高電壓、大電流接通和斷開時產生的強電干擾可能會在PLC輸入線上產生很強的感應電壓和感應流，足以使PLC輸入端的光電鍋臺器中的發光二極管發光，使光電耦臺器的抗干擾作用失效，導致PLC產生誤動作。與一般的工業環境不同，發電站的繼電器控制系統中的繼電器和執行機構使用的是直流220V電源，在設計PLC的輸出電路時，應充分考慮這一特點。

2.2 對電源的處理

電源是干擾進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生的，各種大功率用電、發電設備是主要的干擾源。在電力系統中，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，也能保證FLC的正常工作。某些PLC的電源輸入端內有一個直接對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內的開關電源。開關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，整流橋的每只二極管只承受一半的負載電流，使用直流電源時，有兩只二極管承受全部負載電流。考慮到PLC的電源輸入電流很小，在設計時整流二極管一般都留有較大的裕量，這種PLC如使用直流220V電源電壓不會有什么問題。

2.3 抗干擾的隔離措施

PLC內部用光電鍋臺器、輸出模塊中的小型繼電器和光電可控硅等器件來實現對外部開關量信號的隔離，PLC的模擬量I/O模塊一般也采取了光電鍋臺的隔離措施。這些器件除了能減少或消除外部干擾對系統的影響外，還可以保護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電站中用長線引入PLC輸入端的開關量信號。光電耦合器中發光二極管的工作電流僅數毫安，而小型繼電器的線圈吸合電壓為數十毫安，強電干擾信號通過電磁感應產生的能量一般不可能使隔離用的繼電器吸合。有的系統需要使用外部信號的多對觸點。為了提高抗干擾能力，PLC的外部信號、PLC和計算機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、防爆的環境更適于采用這種方法。

2.4 安裝與布線的注意事項

開關量信號一般對信號電纜無嚴格的要求，可選用一般的電纜，信號傳輸距離較遠時，可選用屏蔽電纜。模擬信號和高速信號線應選擇屏蔽電纜。通信電纜要求可靠性高，有的通信電纜的信號頻率很高，一般應選用PLC生產廠家提供的專用電纜，在要求不高或信號頻率較低時，也可以選用帶屏蔽的雙絞線電纜。

PLC應遠離強干擾源。如大功率可控硅裝置、高頻焊機和大型動力設備等。PLC不能與高壓電器安裝在同一個開關柜內，在柜內PLC應遠離動力線。與PLC裝在同一個開關柜內的電感性元件，如繼電器、接觸器的線圈，應并聯Rc消弧電路。PLC的I/O線與大功率線應分開走線，如必須要在同一線槽中布線，信號線應使用屏蔽電纜。交流線與直流線應分別使用不同的電纜，開關量、模擬量I/ O線應分開敷設，后者應采用屏蔽線。不同類型的線應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/輸出信號距離PLC較遠，應采用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工作電壓范圍寬，導通壓降小，與晶體管型和雙向可控硅型模塊相比，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但是動作速度較慢。系統輸出量變化不是很頻繁時，一般選用繼電器型輸出模塊。PLC輸出模塊內的小型繼電器的觸點很小，斷弧能力很差，不能直接用于發電站的DC220v電路中，必須用PLC驅動外部繼電器，用外部繼電器的觸點驅動DC220v的負載。斷開直流電路要求較大的繼電器觸點，接通同一直流電路可用較小的觸點。選擇外接的繼電器時，應仔細分析是用PLC來控制接通還是斷開外部回路。

結語

目前在各行業的微機綜合自動化控制系統中廣泛使用的PLC，由于采用了上述的可靠性措施，在常年連續運行的情況下，PLC都得以長期可靠的工作。

[1]張鵬飛,韓冬臣.PLC在發電廠輸煤系統中的應用[J].石河子科技，2011(5).

[2]文峰，張玉芹.PLC在發電廠自動供水系統中的應用[J].電力自動化設備，2000(4).