浅谈电厂PLC控制系统设计的要点

摘要:文章探讨了电厂PLC控制系统设计的几个要点,即硬件要确定是单机或是网络,输入输出点数留10%～25%余量,PLC的选型,输入输出回路都须有抗干扰措施,网络设计要注意指令、功能等参数的考虑。

关键词:自动控制;系统设计;PLC;抗干扰;网络设计

中图分类号:TP273文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)04-0107-02

现代化的工业生产设备中,有大量的数字量和模拟量的控制装置,例如电机的启停、电磁阀、电动阀的开闭,介质的流量、液位、温度、压力等。利用可编程控制器(PLC)来解决自动控制问题已成为最有效的工具之一。本人一直从事电厂的电气设计工作。电厂区别于一般工业环境:现场存在极强的电磁场,发电机的电压高达数千伏,电流高达数千安。对于有些老设备的改造工程,由于现场条件限制,有时上百米的强电缆和PLC的信号电缆不能有效分开,甚至只能敷设在同一个电缆沟内。这给PLC的正常运行带来了很强的感应电压和感应电流,引起误动作。本文就电厂的PLC设计要注意的几个问题加以叙述,希望得到同行的指正。

一、PLC的选购

目前市场上PLC的产品众多,除国内品牌外,国外知名品牌有:日本OMRON、德国SIEMENS、美国MONDICOM 、韩国的LG等。近几年,PLC产品价格的较大下降,其性价比越来越高,形成了众多技术人员选用的重要原因。其选购原则可以从四个方面考虑:

(一)系统规模

对于80点以内的系统,一般无须扩展,可选用PLC单机;系统较大在300～500点以内的,就要扩展;对于扩展仍不能达到要求的系统,就应考虑采用PLC网络。确定了规模,由此尽可能详细计算输入、输出点数,并且在实际点数的基础预留有10%～25%的余量,以此保证系统今后的扩展方便。

(二)确定负载类型

以此确定PLC输出采用继电器输出、晶体管输出或晶闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式。这对系统稳定运行很重要。根据多年实践,电厂控制系统中执行机构多为电磁阀、电动阀、各类电机等,所以一般选用继电器输出方式。对于系统中依靠如流量、PH信号等模拟量信号调节转速的加药泵,因其受变频器输出控制,所以根据变频器数量,也选用了模拟量输出模块。

(三)存储容量与速度

尽管国外各厂家产品大体相同,但不是没有区别。目前尚无各公司之间完全兼容的产品。各公司的开发软件都不同,而用户程序的存储容量和指令的运行速度是两个重要指标。一般存储容量越大、速度越快的产品价格也越高。应根据系统大小合理选用。

对以生产电厂加药及取样设备为主的中小型企业,就控制程序而言,仅有少量模拟量参与运算,所以程序容量不太大,选型时要注意,避免浪费。

(四)尽量选用知名品牌的PLC产品

尽量选用知名品牌的PLC产品,其质量有保障,技术支持好,售后服务也较好,还有利于产品扩展和软件的升级。如一味追求低价格,产品低价购回,得不到应有的技术支持,会给调试工作带来很大负担,使调试周期延长,增加了项目的成本费用。同时给客户造成不良印象,直接影响企业形象。且低价产品往往是更新换代产品,不利于设备的长期维护。如此恶性循环,将直接影响企业的经济效益。所以,应选用大公司或其一级商的产品,以确保可靠的技术支持。这是有百益而无一害的举措。

知名品牌的PLC销售,在国内都有授权的商。最好与一级公司进行业务来往以确保可靠的技术支持,这是工作顺利进行的有力保证。公司在进行选型配置、设计调试和后期维护等诸多方面,一级所具备的强有力的、及时的技术支持,是工程项目顺利进行的保证。

笔者曾经在工作中,遇到有些工程公司因为初期采购配置价格方面的原因,选用了非授权的纯销售商的产品,导致配置上硬件与软件不匹配,在调试阶段供应商无法给予及时有效的支持,给后期调试带来了很大困难,不得不重新配置,给公司造成了很大损失。

二、抗干扰措施

上述提到电厂生产环境特殊,干扰源多而强,容易引起PLC的误动作。所以必须加强防范,具体分三个方面来处理:

(一)电源端的处理

电源是干扰进PLC的主要途径之一,主要是通过供电线路和阻抗耦合产生,各种大功率用电、发电设备是主要的干扰源。如PLC使用交流电源,可以在电源输入端加接带屏蔽层的1:1隔离变压器或低通滤波器,以此来有效抑制外来干扰,提高抗高频共模干扰能力,屏蔽层应可靠接地。如PLC上的DC24V电源一般都由各产品专用电源模块,但容量很小,为几十至几百毫安,带负载时要注意容量,同时加装合适断路器,做好短路保护措施。当PLC上的DC 24V电源容量不够时,要从外部提供DC 24V电源;但该电源的“-”端不要与PLC的DC 24V电源的“-”以及“COM”端相连,否则会影响PLC的运行。

(二)输入回路

PLC内部和I/O模块输入端一般都采用光电耦合隔离干扰信号,所以一般没有必要在外部加装抗干扰器件。如PLC输入端光电耦合不能有效抵抗干扰,可用小型继电器来隔离。有的系统需要使用外部信号的多对触点,使用小型继电器不失为一个好的方法。PLC来自开关柜的输入信号和距离开关柜不远的输入信号一般没有必要用继电器来隔离。

(三)输出回路

继电器输出模块工作电压范围宽,导通压降小,承受瞬时过压过流能力较强,但动作较慢,适用于系统输出变化不频繁的场合。本人在设计中,一直采用PLC驱动外部继电器,再用它来驱动负载。

(四)安装与布线

开关量信号一般对信号电缆无严格要求,可选用一般电缆,信号传输距离较远时和模拟量信号的传输可用屏蔽电缆。通讯电缆可靠性要求高,则采用PLC厂家提供的专用信号电缆;要求不高或频率较低时也可以采用带屏蔽的双绞线电缆;PLC的外部信号、PLC和计算机之间的串行通讯线路可用光缆。

如果模拟量信号传输距离较远,应采用4～20mA电流传输方式,而不是易受干扰的电压传输方式;I/O线与大功率线应分开线槽走线;模块的屏蔽线应接地。此外还应注意:PLC应远离强干扰源,如大功率可控硅整流装置、高频焊机和大型动力设备。PLC不能与高压电器安装在同一个开关柜内,在柜内要远离动力线安装。

三、PLC的网络设计

对于系统较大的控制,需要选用扩展模块。各公司扩展模块种类很多,丰富的模块化设计为用户的产品开发提供了方便。注意的是有些厂家的个别指令不支持扩展模块,编程时要特别注意。

PLC的网络设计难度比单机设计大得多,要选用自己熟悉的机型,对其指令、功能、执行速度、用户程序容量等因素有深入的了解后才能进行设计。另外,对于通讯接口、通讯协议等也要考虑。

参考文献

[1]OMRON可编程控制器C20P/C28P/C40/C60P安装手册[S].

作者简介:蒋珍琦(1968-),女,江苏常州人,常州江南电力环境工程有限公司工控部部长,工程师,研究方向:电厂水处理设备的电气自动控制系统设计。