簡單PLC控制系統的設計與實現

摘要：

　　一種基于可編程控制器（PLC）構成的控制系統，實現設備信號的采集與自動控制。本文以八盤峽水電廠低壓空壓機技術改造為例，介紹設計及實現的主要內容。

關鍵詞：

PLC 低壓機 系統集成 程序設計


1. 八盤峽水電廠概況：

　　八盤峽水電廠是黃河蘭州段劉、鹽、八梯級水電廠的最后一級，是徑流河床式調峰電站。全廠共6臺機組，單機容量36MW，是一個生產運行了30年的老廠。

2. 原設備概況：

　　我廠低壓風系統的兩臺2V-6/8型低壓機，是全廠輔助系統中的主要設備，由其提供的0.8MPa風壓，主要供給發電機制動風閘、頂蓋圍帶密封等處。由于該風壓是全廠發電機組開機條件之一，因此是不允許間斷的。

　　原控制回路主要由老式繼電器構成，結構復雜，老化嚴重，給運行及檢修人員帶來極大不便。氣壓信號由電接點壓力表采集，由三相交流接觸器啟停電機，故障報警及電機（40KW）保護裝置十分簡單，控制回路故障頻繁發生，難以保證全廠低壓技術用風的正常供給。

3． 改造方案：

　　經過具體研究和分析后，決定采用性價比高的PLC集中控制模式，更換原有的控制盤，將交流接觸器更換為無觸點的固態開關，用壓力變送器取代電接點壓力表。預備用PLCRS-485串行通訊接口，通過雙絞線與發電機組監控上位機連接，實現遠方監控（見圖1）。為了便于運行人員掌握，系統操作方式完全移植原有的運行操作方式。方案確立后，根據現場需要選定了所需設備型號。

4. 控制系統的結構


5．控制系統組成及主要設備技術指標：

　　采用標準控制盤柜，選用日本三菱公司PLC及串行通訊設備，恩威電子公司的兩臺型固態開關，北京三吉利佳兆公司的氣壓變送器。選用相應的操作把手、電源開關、按鈕、光字牌、信號指示燈、電源隔離變壓器及電源監視繼電器。

PLC

固態開關(SWK)

壓力變送器
　　
6．流程的設計：

　　控制流程切合實際進行設計，通過在現場多方面的調試,完全滿足現場各方面的需要。

程序設計技術指標

7．控制系統運行方式：

7.1 切換運行方式

　　兩臺低壓機分別由兩個操作把手控制，可任意切換四種運行方式——自動、備用、手動、切除。

7.2電源運行方式

　　控制系統分別由廠用一段、廠用二段電源供電，互為備用。控制系統盤柜上的電源切換把手，任意切換三種供電方式——廠用一段電源投入、廠用二段電源投入、電源切除。

7.3 PLC運行方式

　　PLC有兩種工作方式——運行及調試，由一控制按鍵切換。運行態時PLC正常開入，運算，控制開出。調試態時PLC正常開入，但禁止所有開出控制。

8．實現功能:

8.1對兩臺低壓機實現可靠的自動控制。

8.2對兩臺低壓機及控制系統本身實現全面可靠的自動保護

l 對低壓機的保護
低壓機兩級氣缸溫度過高的保護
低壓機兩級氣缸壓力過高的保護
l 對40KW電動機的保護
過流、過載、欠壓、缺相、三相不平衡
l 對PLC的保護
PLC的工作電源用隔離變壓器隔離，減少尖峰波形電壓對PLC的沖擊。

8.3完善的報警系統及顯示光字

　　現場報警系統共有10個顯示光字，遠方中控室有2個顯示光字，組合起來共反映24種不同故障。

8.4壓力變送器可對氣壓信號進行模擬量的采集,便于監視。

8.5 隨時根據需要與上位機通訊，實現遠方監控。

9．新系統在運行中體現的優點

9.1 PLC工作性能可靠，免去了對原設備繼電器的校驗與清掃工作。

9.2 固態開關優良的性能以及對電機全方位的保護

　　固態開關，控制低壓機三相交流電動機的啟停，主回路采用電力晶閘管為開關元件，并采用先進的電子技術進行全方位的檢測與控制。啟動電流與運行電流的調整完全數字化，整定方便。固態開關無觸點損耗，不存在主接觸頭接觸不良、三相拉弧等現象，能夠頻繁啟動大型電機，可免維護使用。

　　固態開關能對負載的短路、電機的過流、三相不平衡、電源欠壓進行綜合保護。操作簡單，狀態顯示直觀，保護迅速可靠。

9.3 氣壓變送器的使用

　　用數字式壓力變控器采集氣壓信號，壓力值顯示直觀，動作值準確，校驗調整方便。

9.4 PLC操作簡單

　　PLC人機接口簡單方便，邏輯控制回路完全由軟件實現，隨時可按運行人員要求改變控制流程，滿足現場運行需要。

9.5 報警系統的完善：

　　低壓機監控系統報警顯示明確，運行人員通過光字顯示，可直接了解故障點，從而迅速處理。保護范圍全面。

9.6 工作環境的改善

　　PLC控制柜布局緊湊，結構合理，盤面美觀大方，運行顯示一目了然，控制操作方便。

9.7 遠方監控

　　PLC可隨時建立與上位機的通訊，將采集的開關量數據及模擬量數據上傳遠方ALP工作站，便于遠方監測。上位機還可下傳控制指令，實現低壓機的遠方控制。

10．新系統的運行效果：

10.1 PLC的使用消除了原控制系統多發故障的因素, 大大提高了我廠輔助設備的自動化控制水平。自99年6月投運以來，在運行缺陷記錄本上，再未出現低壓機控制系統故障的記錄。

10.2 多次及時的反應了低壓機的機械故障，準確保護了運行中的主要機械設備。

10.3 控制系統已達到了免檢性能。自投運以來從未進行檢修維護，大大降低了檢修工作量，節約了大量的檢修費用。

10.4 本系統操作方式完全移殖原系統操作方式，運行人員不需培訓便可直接進行操作。

總結：

　　低壓機監控系統采用先進的PLC控制，設計合理，使整個系統性能優于原控制系統，這一點在實際運行中得到了充分的證實與考驗，并獲得顯著的經濟效益，為我廠安全生產，發揮了實際作用，對其它設備的獨立改造具有一定的參考價值。