试析应用于PLC运用于电气自动化设计

论文导读：
摘要： 近年来，随着我国科学技术水平的不断提高，推动了PLC技术的发展，其各方面的性能和功能日趋完善。正因如此，其在电气自动化控制中的应用越来越广泛。基于此点，本文首先对PLC进行简介，随后阐述了PLC控制功能的选择，并在此基础上对PLC在电气自动化中的具体应用展开探究。
Abstract： In recent years， as continuous improvement in the level of China's science and technology， it promotes the development of PLC technology， and all aspects of its performance and functionality are improved. So， it is more and more widely applied in electrical automation control. Based on this point， this articl摘自：毕业论文怎么写www.7ctime.com
e introduces PLC firstly， then sets out the selection of PLC controlling function， and on this basis explores its application in electrical automation.
关键词： PLC；电气自动化；火电厂
Key words： PLC；electrical automation；thermal power plant
1006—4311（2012）28—0024—03
1PLC简介
PLC又被称为可编程逻辑控制器，是英文Programmable Logic Controller的英文缩写。PLC采用的是可编程存储器，并利用存储器中的存储程序执行一些面向用户的指令，如逻辑运算、定时、顺序控制、算术与计数操作等等。并且PLC可通过数字或者是模拟式输入/输出对各种类型的机械进行控制。
1.1 PLC的结构PLC实质上就是一种专门用于工业控制的小型计算机，其硬件结构与一般的微型计算机基本相同，主要由以下几个部分构成：
1.1.1 电源这是PLC中较为重要的组成部分之一。如果电源经常出现故障，势必会影响PLC的正常工作。为此，各大生产厂商对PLC电源的设计和制造都非常重视。通常情况下，当交流电压波动在+10%（+15%）这一范围内时，不需要采取其它保护措施，可直接将PLC与交流电网进行连接，若是超出这一范围应采取相应的保护措施。
1.1.2 CPU即处理单元，这部分是整个PLC的控制中枢。它不仅能够根据PLC系统程序赋予的功能对由编程器输入的用户数据和程序进行接收及存储，而且还能够对存储器、电源、警戒定时器以及I/O等部件的状态进行检查，还可以对用户输入程序中的错误语法进行诊断。为了有效地提高PLC的可靠性，一些生产厂商对大型的PLC采用了双CPU系统，其中某一个CPU故障并不会影响PLC的正常运行。
1.1.3 存储器主要分为两种，一种用于存放系统软件，即系统程序存储器；另一种用于存放应用软件，即用户程序存储器。

1.4 其他输出/输入接口电路、功能模块、通信模块等等。

1.2 工作原理PLC在投入运行后，其实际工作过程大致可分为以下三个阶段：

1.2.1 输入采样阶段在该阶段PLC主要是通过扫描的方式并按照一定的次序对所有的输入数据和状态进行读入，然后再将这些数据和状态存储到I/O映像区内相应的单元当中。当采样完成后，PLC便会转入到后两个工作阶段。
1.2.2 用户程序执行阶段在这一阶段，PLC通常都是按照自上向下的顺序对用户程序进行扫描。在执行用户程序时，仅有输入点在I/O映像区内的数据和状态不会出现任何变化，而其他输入点及软设备在存储内的数据和状态都会发生一定的变化。
1.2.3 输出刷新阶段该阶段具体是指PLC在对用户程序扫描完成后，CPU便会根据I/O映像区内对应的数据和状态对全部的输出锁存电路进行刷新，然后通过输出电路对相应的外置设备进行驱动，此时的输出是PLC的真正输出。

1.3 PLC的具体特点

1.3.1 编程操作非常简单，可操作性强，便于使用。PLC的编程语言主要采用的是逻辑图、语言表以及梯形图等，正因如此，用户基本上不需要熟练掌握计算机的相关应用知识也能完成编程操作。
1.3.2 系统开发周期相对较短，而且现场调试也比较简单方便。此外，可在线对程序进行相应的修改，无需对硬件进行拆卸只需要改变控制方案即可。
1.3.3 系统构成十分灵活且易于扩展，不仅能够进行开关量控制，而且还能进行PID回路控制。同时，与PC上位机相连后可构成复杂的控制系统，如DCS、DDS等。

1.3.4 对运行环境的要求较低，基本能够适应各种恶劣的环境，可靠性较高。

2PLC控制功能的选择
PLC控制功能的选择主要包括以下内容：
2.1 运算功能的选择对于简单的PLC而言，其运算功能主要包括计时、计数以及逻辑运算等；普通PLC的运算功能除具备简单PLC的功能外，还具有数据位移和比较等运算功能；复杂的PLC则具备数据传输和代数运算等功能；而大型的PLC除具备以上功能之外，还具有模拟量的PID运算以及一些其他的高级运算功能。现如今，随着开放系统的出现，使得PLC具备了通信功能。为此，在设计选型时，应当以实际应用要求为依据，科学合理地对PLC的运算功能进行选择。通常情况下，PLC的大部分应用场合都仅需要计时、计数和逻辑运算这几种功能，仅有少数的应用需要使用到数据传输和比较。只有PLC用于模拟量检测及控制时，才会使用到代数运算、PID运算以及数值转换等功能。2.2 控制功能的选择PLC的控制功能主要包括前馈补偿控制运算、PID控制运算以及比值控论文导读：启动则需要对现场开关进行调节，同时主备泵的启停是按照对每台泵的运行时间进行比对后决定的。当前，大部分火电厂对泵类设备的控制都有两种方式，一种是常规控制，另一种则是PLC控制。在大多数情况下，常规控制回路一般都是作为PLC控制的补充，也是安全回路。这样就算PLC发生故障，也不会影响各个泵的正常运行。4结论总而
制运算等。在选择时应当按照具体的控制要求进行确定。由于PLC常被用于顺序逻辑控制，所以，在大部分场合中，PLC采用的都是单回路或是多回路控制器来解决模拟量的控制问题。只在极少数情况下，会使用专用的智能单元来实现控制功能。
2.3 编程功能的选择PLC的编程方式主要有两种，一种是离线方式，另一种是在线方式。
2.3.1 离线编程方式具体是指PLC和编程器共用一个CPU，编程器处于编程模式时，CUP不对现场内的设备进行控制，只为编程器提供相应的服务。在编程结束后，编程器则会自动切换为运行模式，此时CPU则恢复对现场设备的控制，并且无法在继续进行编程。选用这种方式虽然能够降低系统的前期投入成本，但是它在调试和使用上不太方便。
2.3.2 在线编程方式PLC和编程器分别有属于自己的CPU，PLC的CPU主要负责对现场的控制，并且在完成一个扫描周期后会与编程器进行数据交换，而编程器则负责将在线编制好的数据和程序传送到主机当中，主机便可以按照接收到的这些信息进行下一个周期的扫描。虽然这种方式的前期投资成本较大，但调试和操作上都比较方便，适用于大中型的PLC系统。
2.4 诊断功能的选择PLC的诊断功能主要包括软件和硬件的诊断。通常情况下，诊断大致可分为两种，一种是内诊断，具体是指通过软件对PLC内部功能和性能的诊断；另一种是外诊断，具体是指通过软件对PLC的CPU与外部输出/输入等部件信息交换功能的诊断。PLC诊断功能的强弱对平均维修时间的长短有着十分重要的影响。
3PLC在电气自动化中的具体应用

3.1 开关量控制

3.1.1 断路器控制传统的火力发电系统主要是以电磁型继电器作为各种元件的控制器，由于系统本身的电磁元件较多，所以系统可靠性相对较差，而且该系统还存在接线复杂、检修维护难度大等缺点。随着PLC的广泛推广使用，大量的实物元件都被软继电器所取代，系统可靠性随之大幅度提高，运行人员仅需要完成简单的分合闸操作即可，而在实际操作时系统可以按照是否能够正常运行给出相应的指示信号，同时当系统摘自：毕业论文www.7ctime.com
出现故障时还能够自动完成分闸，并给出相应的指示信号。此外，PLC还能够使二次接线简化，并且每一条线路都具有自己的公共端，从而使接线过程中的错误大大减少，最为重要的是不需要配备专门的闪光电源，在满足程序要求的基础上，只需简单的接线即可。同时，在应用PLC系统后，不仅能够减少辅助开关的数目，而且还能够实现多台断路器的集中显示和控制，这样有助于减轻维护人员的日常工作量。
3.1.2 自动切换早在很多年前，火电厂为了进一步提高供电可靠性，就已经开始采用备用电源自动投入装置，该装置在早期时多为手动或自动进行供回电线路的操作，虽然这一过程只需要短短的几秒中便可以完成，但是对于一些有连续供电要求的用户而言，这几秒钟的存在也是绝对不允许的。而由PLC构成的备用电源自动投入装置却可以有效地解决这一问题。这是因为PLC通过编程对各种运行方式进行使用，同时PLC将采集到的一次设备运行信号作为备用电源启停的主要依据，从而不但可以完成备用电源的自动投入，而且还能够考虑到系统实际运行状况以及其它操作的要求。此外，PLC系统还具有较强的抗干扰能力、接线简单、可靠性高、操作和调试也十分方便。
3.2 顺序控制对于火力发电系统而言，其内部辅助系统工艺流程的控制主要分为两种，一种是开关量控制，另一种是顺序控制。随着国家对节能减排要求的不断提高，对火电厂辅助车间的自动控制水平提出了更高的要求，为了顺应国家节能减排的方针政策，一些大型的火电企业都将原本辅助系统中的继电控制器更换为PLC控制系统。近些年，PLC各方面的性能日趋完善，其不但能够对某个单独的工艺流程进行控制，而且借助通信总线和信息模块，其还能够对整个火电厂的生产进行协调。火电厂中的输煤系统与生产效率息息相关。其主要由辅助系统、上煤、卸煤、配煤、储煤等构成。其中输煤控制系统一般采用的都是三层网络结构，及主站层、现场传感器和远程I/O站。主站层是由PLC系统和人机接口组成，常设置在系统集中控制室内，其通过光纤与远程I/O站实现连接，而远程I/O站则通过二次控制电缆与输煤传感器相连接。集中控制室通常都是以自动控制为主、手动控制为辅，运行人员可在控制室内通过显示器实现对系统设备的控制和监视，同时利用检修启停按钮和紧急事故开关可对系统的运行状态进行控制，PLC技术的应用在一定程度上提高了生产效率，也使运行人员的工作量大幅度减轻。

3.3 闭环控制

3.3.1 调速器控制就调速器而言，其经历了机械液压、电气液压和计算机调速等三个阶段。而PLC控制系统则是由电子调解、转速测量以及电液执行等单元组成，这些单元分别对调速器的各个职能进行控制。
3.3.2 泵类电机火电厂使用的泵类设备主要有以下几种启动方式：自动启动、现场控制箱手动启动以及机旁屏手动启动等等。在自动状态下泵的启动主要是由PLC系统中的顺控模块按照泵的累积运行时间来对主备用泵进行选择；现场手动启动需要将开关调节到调速器手动这一档位上，然后在进行手动操作即可；而机旁屏手动启动则需要对现场开关进行调节，同时主备泵的启停是按照对每台泵的运行时间进行比对后决定的。当前，大部分火电厂对泵类设备的控制都有两种方式，一种是常规控制，另一种则是PLC控制。在大多数情况下，常规控制回路一般都是作为PLC控制的补充，也是安全回路。这样就算PLC发生故障，也不会影响各个泵的正常运行。
4结论
总而言之，随着我国工业化、电气化的不断发展壮大，PLC的应用前景必然会越来越广阔。为了充分发挥出PLC的功能和作用，各生产厂商应当不断提高PLC系统的可靠性以及抗干扰性，这也是广大用户对PLC提出的基本要求。我们坚信在不远的将来，PLC系统势必会在火电厂的生产中得到更为广泛的应用。
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