简单PLC控制系统的设计与实现

摘要：

　　一种基于可编程控制器（PLC）构成的控制系统，实现设备信号的采集与自动控制。本文以八盘峡水电厂低压空压机技术改造为例，介绍设计及实现的主要内容。

关键词：

PLC 低压机 系统集成 程序设计


1. 八盘峡水电厂概况：

　　八盘峡水电厂是黄河兰州段刘、盐、八梯级水电厂的最后一级，是径流河床式调峰电站。全厂共6台机组，单机容量36MW，是一个生产运行了30年的老厂。

2. 原设备概况：

　　我厂低压风系统的两台2V-6/8型低压机，是全厂辅助系统中的主要设备，由其提供的0.8MPa风压，主要供给发电机制动风闸、顶盖围带密封等处。由于该风压是全厂发电机组开机条件之一，因此是不允许间断的。

　　原控制回路主要由老式继电器构成，结构复杂，老化严重，给运行及检修人员带来极大不便。气压信号由电接点压力表采集，由三相交流接触器启停电机，故障报警及电机（40KW）保护装置十分简单，控制回路故障频繁发生，难以保证全厂低压技术用风的正常供给。

3． 改造方案：

　　经过具体研究和分析后，决定采用性价比高的PLC集中控制模式，更换原有的控制盘，将交流接触器更换为无触点的固态开关，用压力变送器取代电接点压力表。预备用PLCRS-485串行通讯接口，通过双绞线与发电机组监控上位机连接，实现远方监控（见图1）。为了便于运行人员掌握，系统操作方式完全移植原有的运行操作方式。方案确立后，根据现场需要选定了所需设备型号。

4. 控制系统的结构


5．控制系统组成及主要设备技术指标：

　　采用标准控制盘柜，选用日本三菱公司PLC及串行通讯设备，恩威电子公司的两台型固态开关，北京三吉利佳兆公司的气压变送器。选用相应的操作把手、电源开关、按钮、光字牌、信号指示灯、电源隔离变压器及电源监视继电器。

PLC

固态开关(SWK)

压力变送器
　　
6．流程的设计：

　　控制流程切合实际进行设计，通过在现场多方面的调试,完全满足现场各方面的需要。

程序设计技术指标

7．控制系统运行方式：

7.1 切换运行方式

　　两台低压机分别由两个操作把手控制，可任意切换四种运行方式——自动、备用、手动、切除。

7.2电源运行方式

　　控制系统分别由厂用一段、厂用二段电源供电，互为备用。控制系统盘柜上的电源切换把手，任意切换三种供电方式——厂用一段电源投入、厂用二段电源投入、电源切除。

7.3 PLC运行方式

　　PLC有两种工作方式——运行及调试，由一控制按键切换。运行态时PLC正常开入，运算，控制开出。调试态时PLC正常开入，但禁止所有开出控制。

8．实现功能:

8.1对两台低压机实现可靠的自动控制。

8.2对两台低压机及控制系统本身实现全面可靠的自动保护

l 对低压机的保护
低压机两级气缸温度过高的保护
低压机两级气缸压力过高的保护
l 对40KW电动机的保护
过流、过载、欠压、缺相、三相不平衡
l 对PLC的保护
PLC的工作电源用隔离变压器隔离，减少尖峰波形电压对PLC的冲击。

8.3完善的报警系统及显示光字

　　现场报警系统共有10个显示光字，远方中控室有2个显示光字，组合起来共反映24种不同故障。

8.4压力变送器可对气压信号进行模拟量的采集,便于监视。

8.5 随时根据需要与上位机通讯，实现远方监控。

9．新系统在运行中体现的优点

9.1 PLC工作性能可靠，免去了对原设备继电器的校验与清扫工作。

9.2 固态开关优良的性能以及对电机全方位的保护

　　固态开关，控制低压机三相交流电动机的启停，主回路采用电力晶闸管为开关元件，并采用先进的电子技术进行全方位的检测与控制。启动电流与运行电流的调整完全数字化，整定方便。固态开关无触点损耗，不存在主接触头接触不良、三相拉弧等现象，能够频繁启动大型电机，可免维护使用。

　　固态开关能对负载的短路、电机的过流、三相不平衡、电源欠压进行综合保护。操作简单，状态显示直观，保护迅速可靠。

9.3 气压变送器的使用

　　用数字式压力变控器采集气压信号，压力值显示直观，动作值准确，校验调整方便。

9.4 PLC操作简单

　　PLC人机接口简单方便，逻辑控制回路完全由软件实现，随时可按运行人员要求改变控制流程，满足现场运行需要。

9.5 报警系统的完善：

　　低压机监控系统报警显示明确，运行人员通过光字显示，可直接了解故障点，从而迅速处理。保护范围全面。

9.6 工作环境的改善

　　PLC控制柜布局紧凑，结构合理，盘面美观大方，运行显示一目了然，控制操作方便。

9.7 远方监控

　　PLC可随时建立与上位机的通讯，将采集的开关量数据及模拟量数据上传远方ALP工作站，便于远方监测。上位机还可下传控制指令，实现低压机的远方控制。

10．新系统的运行效果：

10.1 PLC的使用消除了原控制系统多发故障的因素, 大大提高了我厂辅助设备的自动化控制水平。自99年6月投运以来，在运行缺陷记录本上，再未出现低压机控制系统故障的记录。

10.2 多次及时的反应了低压机的机械故障，准确保护了运行中的主要机械设备。

10.3 控制系统已达到了免检性能。自投运以来从未进行检修维护，大大降低了检修工作量，节约了大量的检修费用。

10.4 本系统操作方式完全移殖原系统操作方式，运行人员不需培训便可直接进行操作。

总结：

　　低压机监控系统采用先进的PLC控制，设计合理，使整个系统性能优于原控制系统，这一点在实际运行中得到了充分的证实与考验，并获得显著的经济效益，为我厂安全生产，发挥了实际作用，对其它设备的独立改造具有一定的参考价值。