plc在控制系统中的应用论文

PLC在行车电气控制回路改造中的应用作 者 ：李林静,江月新,胡杰嘉,关键词： 电力拖动 变频调速 可编程控制器 1 引言 某厂抓矿行车采用绕线式异步电动机转子串接频敏电阻器进行启动和调速，这种继电器-接触器控制方式在实际运行中存在着以下问题:(1) 行车工作环境恶劣，工作任务繁重，电动机所串频敏电阻器烧损、断裂和接地故障时有发生，造成电动机频繁烧损;(2) 由于机体震动及导电性粉尘环境，继电器-接触器控制系统的可靠性差、故障率高、维护困难、维护费用高、检修工人疲于维护;(3) 转子串频敏电阻器调速，机械特性软，负载变化时，运行不平稳，且运行中频敏电阻器长期发热，电能浪费严重;(4) 各接触器在大电流状态下频繁分断、吸合，造成电网高次谐波污染严重，电网功率因数低。于是该厂采用了PLC代替了继电器-接触器控制，将变频器代替电动机转子串频敏电阻器的调速方式，改造后，运行效果显著，解决了以上问题。2 PLC控制的行车变频拖动系统组成2.1 系统组成 行车的大车、小车、抓斗提升、抓斗开闭电机都需独立运行，大车有两台电机同时驱动，小车、抓斗提升、抓斗开闭各为一台电机驱动，整个系统有5台电机。为了保证各部分安全运行互不影响，采用了4台变频器拖动，并用4台PLC分别加以控制，系统组成如图1所示: 图1 PLC控制变频拖动系统组成 PLC接收主令控制器的速度控制信号，该信号为数字量控制信号，信号电平为AC220V。这些信号包括:主令控制器发出的正、反转信号、电机过热保护信号、安全限位信号及启动、急停、复位、零锁等信号，全部信号采用汇点式输入。PLC针对这些信号完成系统的逻辑控制功能，并向变频器发出起、停、正、反转及调速等控制信号，使电动机处于所需的工作状态。 变频器接收PLC提供的控制信号，并按设定向电机输出可变频、变压的电源，从而实现电机的调速。操作人员按实际需要通过主令控制器向PLC发出各种控制信号。 提升电机在下放重物时，电机反转，由于重力加速度的原因，电机处于再生制动状态，拖动系统的机械能转化为电能，并存储在电压型变频器的滤波电容器的两端，使直流电压不断上升，甚至能够击穿电器绝缘，当电压上升到设定值时，接入泄能电阻来消耗直流电路的这部分能量，保证变频器安全运行。2.2 变频器与PLC通信 系统采用现场总线方式代替传统的模拟量或开关量方式控制变频器。系统中，小车及提升变频器通过选件模块连接至Profibus-DP总线上，综合考虑数据传输的实时性及稳定性，系统选用PPC-3作为数据传输格式，波特率选择387.5kbps。采用总线结构后，系统进一步优化，具体表现如下:(1) 布线简单 只需1根两芯的屏蔽双绞线，而采用别的方式至少要4根电缆，从而减少了维护工作。(2) 给定稳定 避免了因信号的漂移、电磁干扰等诸多因素而引起模拟量给定抖动，因此系统速度给定更加可靠。(3) 速度连续 相对于采用开关量作为速度给定的系统，速度给定由离散量变成了连续量，使得变频器可以接受来自PLC的速度微调指令，以实现抬吊作业平衡。2.3 备用应急系统 当总线干缆或总线上某点出现损坏时，有可能使系统无法正常工作。因此，系统中设有一套备用的系统，以防止紧急情况下总线不能正常使用，但又不能停止作业的工况。变频器设有两套控制方式，一套采用总线通信，用于正常控制;一套采用开关量控制，用于应急状况。通过PLC切换两套参数，两套参数在手柄档位的速度给定上完全一致，因此从使用角度感觉不出两套参数的切换。2.4 同步与纠偏 行车在抓斗提升抬吊作业时，系统进入自动纠偏模式，以保证吊钩在抬吊时钢丝位置同步。由于机械安装时磨擦阻转矩，机械抱闸的调整不可能完全一致，因此系统不采用动态实时纠偏，而采用一种折衷方案，其工作原理为:首先，系统在PLC中设置2个阈值，阈值1用于启动吊钩的自动纠偏，阈值2用于结束自动纠偏;其次，PLC读入安装在起升卷筒上编码器的数据并实时计算起升高度;再次，PLC比较所读入的2个起升高度，当2个高度之差大于阈值1时，PLC将一个微小的速度偏差量叠加在由手柄确定的基准速度上，当两个高度之差小于阈值2时，取消该偏差量，通过惯性进一步减少起升高差;最后，PLC将计算合成后的速度值能过Profibus-DP下载至变频器中，作为抓斗提升电机的速度给定。3 PLC软硬件设计及应用3.1 PLC的硬件设计 行车大车、小车、抓斗提升、抓斗开闭电机分别由不同的PLC控制，大车、小车、提升、开闭电机都运行在电动工作状态，变频器及PLC的控制结构及软、硬件实现基本相同。提升电机运行状态有电动、反接制动、再生制动等状态，变频器及PLC之间的控制结构较大车、小车复杂。以提升电机为例，其PLC的I/O接线如图2所示，变频器接线图如图3所示。3.2 车的工作过程 图2 PLC系统的I/O接线图 图3 变频器接线图 当行车的驾驶室及横梁拦杆的门关好后，1#、2#安全开关的常闭接点打开，急停开关断开，主令控制器置于零位，此时才能按下启动按钮，接通电源。当主令控制器置于上升档位，电机正转，通过调节速度档位，控制变频器输出不同的电压，达到调节抓斗提升电机的转速。当主令控制器置于下降3挡且满负荷时，电机正转，此时电机处于反接制动状态。当主令控制器置于下降2挡且负荷较重时，为强制下降阶段，电机反转，在重力加速度的作用下，电机进入再生制动状态。另外，当电机由稳定高速向低速换档极快时，电机也会进入再生制动状态。当主令控制器置于下降1挡时，电机反转，处于电动状态。运行中，不论何种原因电机停止运转，为防止重物急速下降，保留了原来的三相液压制动器。 在紧急状态下，可按下急停按钮，一方面机械制动器动作，另一方面，将变频器紧急停机控制端EMS接通，变频器停止工作。当抓斗提升电机因故障跳闸，热继电器动作，电机过载等动作，在故障排除后，可按下复位按钮，接通变频器复位控制端RST，使变频器恢复到运行状态。3.3 PLC的软件设计 选用FXON系列PLC，采用摸块式编程，具体模块如下:(1) 高度换算功能块。用于将格雷码转换成二进制码，二进制码转换成起升高度及起升高度偏差调整;(2) 变频器开关量控制功能块。用于大车、小车及抓斗起升变频器起动、停止和速度给定的开关量控制;(3) 变频器的通信控制功能块。用于大车、小车、提升电机变频器的启动、停止、速度给定。还用于变频器的控制字与状态字的读取。图4为大车的软件控制流程图，小车、提升电机、开闭电机的软件流程图和大车的相似。3.4 安全保护措施(1) 配电部分:除设有缺相、过流、短路等保护外，还在行车两侧端梁及平台处设置2只安全开关，只有开关均闭合时，才允许行车运行。在行车上还设有登机请求及应答按钮，用于行车工作中其它工作人员的安全登机。(2) 变频器部分:选用的ACS600系列变频器具有电机过载、缺相、接地、过流、直流母线过压等保护，抓斗提升电机及小车变频器当切换至总线控制方式时具有通信故障监视功能。(3) 行程开关保护:各机构均设有行程限位保护。单动工况时，小车及抓斗提升限位开关各自独立;联动工况时，小车1后限位及小车2前限位作为联动工况允许条件，小车1前限位及小车2后限位做为小车限位，起升1及起升2只要有一个限位动作，则视为起升限位。(4) 其它保护:所有机构均有零位保护、过流保护。抓斗提升机构还有超载保护及超速保护。当超速开关动作时，断开变频器主接触器电源。4 结束语 PLC控制的变频拖动系统应用到行车，各电机各档速度、加速时间、制动时间都可根据实际工况条件设定，而且十分方便。从运行结果来看，负载变化时，电机速度运行平稳。设备的故障率大幅度降低，电机烧毁明显减少，同时减少了到电网高次谐波的影响。设备检修时排除故障的速度明显加快，设备维护量大大减少。

工业电气化中PLC技术的应用分析论文

随着科技技术的普遍应用，我国在工业电气化设计和研究领域也取得了明显的成效。在实践中，技术人员应用了不同的技术手段。其中比较常见的就是PLC技术，这是一种可编程控制系统，可以有效的解决诸多工业电气化中的问题。不仅可以提升工业电气化运行的稳定性和准确性，还能够有效的节省大量的人力、物力和财力资源，促进工业电气自动化的可持续发展。本文中，笔者主要对工业电气化中的PLC技术的应用情况进行深入分析，仅供参考。

电气自动化是一种对技术和专业要求都比较强的行业，在实际运行的过程中，要不断应用先进的工业技术手段和设备类型。另外，对于操作人员所提出的要求也相对较高，不仅要具有突出的专业知识，还需要有较强的动手操作能力。可见，这一行业的广度和深度比较高。将PLC技术应用到工业电气化操作中，主要是将计算机的软件和实际的电气工程专业相结合，这种结合可以创造更多的价值，在电气化工程发展的过程中起到重要的作用。

一、工业电气自动化

所谓的工业电气自动化就是在具体的工程设计中，将电子计算机网络以及通讯技术融为一体，在工业领域实现技术和操作的自动化。现如今，科技在不断发展，网络技术和通讯技术等都得到了迅猛发展。工业电气化的数字化和自动化水平也有所提升，在社会发展的过程中逐渐朝着智能化的方向进步。所以说，工业自动化要以较强的技术结构作为支撑，实现工业发展的广泛性、创新性。

二、可编程控制器(PLC)概述

PLC技术能够得以运行，主要是工作人员将原有的控制继电器和计算机技术相结合，并且依托网络通信技术而形成的一种相对比较便利的控制技术。这种控制技术通常情况下会在企业的控制管理工作中得以应用。具体来说就是信息和科技发展的'必然产物，对现如今的社会发展起到一定的推动作用。

1、定义

PLC，可编程控制器，是一种集合数字运算和系统操作的一种电子系统，主要是为了实现工业环境的优化所应用的一种技术类型。主要是采用可编程的存储器以及相关的逻辑计算和控制设备来进行工作。主要以口令的方式来实现数字的输出和输入。通过这种形式可以对各种机械设备和生产过程来进行控制，而且，有关可编程控制器还会涉及到一些国外的基本设备类型，所以说应该将其和工业系统进行配合使用，形成整体性。另外，需要根据科学的设计原则来进行具体的编程工作。

2、工作原理

要想对可编程控制器的工作原理进行详细了解，需要相关的工作人员从输入、执行程序以及输出刷新等三个方面来进行具体的分析和阐述：

第一，采样的输入阶段。PLC技术的应用的数据采集方式是扫描，在读取之后将具体的数据信息存储到相应的存储单元当中。在采用内容输入之后，将得到的数据进行具体的传输。建立新的程序和系统。在这一环节中，即使存在着数据输入错误的现象也不会影响到数据存储工作。所以说，要对相关的数据进行修改，需要到数据的存储设备中进行。另外，数据的输入需要采用科学合理的脉冲信号，实现信号扫描具有一定的周期性。

第二，执行程序阶段。在这一阶段中，PLC技术在执行的过程中所应用的程序是以从上到下的顺序为主。无论是在编程路径还是在具体的步骤方面都是一成不变的。具体来说，扫描的路径主要包括用户的程序以及触点有序的组织类型。扫描程序之后会得到科学明确的运算结果，根据具体的结果来将逻辑线圈放置到具体的区域状态上，然后对具体的步骤进行刷新，最终对执行程序做好处理指令。

第三，输出刷新系统阶段。在这一阶段中，主要是对完成执行的程序进行刷新，这时，系统会根据读取的信息形成科学的程序。通过某个阶段的数据信息来完成具体的操作，使得外部设备进行驱动，进而完成各项任务。

3、PLC的特征

采用这种技术主要是对传统的编程技术进行高效的改进，实现一种飞跃式的发展。而且还会体现出具体的优势和特点，其中包括以下几点内容：

第一，可靠性和抗干扰性。PLC具有较好的自我调节和自我诊断的能力，可以有效的适应外界环境的变化，而且不容易受到其他因素的限制。对于一些问题，可以进行自行保护和修复，另外，做好故障的检修工作还是提升系统可靠性和运行科学性的重要因素。

第二，强大的通用性、可变的控制程序，方便使用。可编程控制器设有功能齐全的软硬件设备和功能，能够实现各种控制功能，用户无需根据自己的个性化需求进行系统的改装设计就能满足其需要。并且程序的设计能够进行变换、使用户使用起来十分的简洁方便。

第三，功能强大、应用广泛。可编程控制技术具有强大的功能，不仅能够进行运算、计算、进行控制而且还能够进行智能化的自我检测自我诊断、人机交互功能。它不仅能够用于单个的机器控制、单条生产线的控制还可以进行整个生产过程甚至整个工厂的控制，可谓是应用领域和范围广泛。

第四，编程简单、理解掌握容易。现在可编写控制器主要采用的编程方法是梯形图，这种图形线路清晰明了。技术人员和工人经过简单的上岗培训就能够理解并且熟练的应用这一技术，进行程序的改编或控制技术的操作。

第五，体积小、功率低、质量轻。可编程控制器有占用空间小、功率和能耗低、质量轻方便挪动、易于安装使用等优点。

三、可编程控制器PLC在工业企业的应用

随着可编程技术的不断改进以及其可靠性高、应用领域广、操作简便、通用性强，价格不断降低和现在工业技术的需求不断增加，PLC技术现在在工业企业中已被广泛采用，在工业电气自动化过程中发挥着不可替代的作用。

1、可编程控制器PLC应用范围很广，诸如运用到水处理、输送煤炭、煤渣的清理、灰尘的去除等方面。在这些过程中离不开各种运行程序的控制、开关功能的控制，这些控制正是PLC技术的需求领域。采用可编程控制器，不仅能够控制某一运行步骤而且还能对整个火电系统进行整体的控制。例如PLC技术应用的火电系统的灰尘清除阶段，在这一阶段主要进行的控制有：吹风机的风度吹风时间长度，气化风机的方向启用和关闭时间，仓泵、加热器、各种阀门和卸灰装备的开关控制，收灰机的强度和收灰管道的压力的控制。PLC技术在除尘、除渣系统的应用给工作人员带来了极大的方便大大的减轻了劳动力，工作人员无需像原来那样亲临现场只需要在办公室里通过一台电脑就能观测到各个部分的工作状态，然后通过互联在一起的可编程控制器控制各个部分使其保持在需要的工作状态。

2、PLC在传统的机床改造方面的应用，极大地改善了传统的由继电器控制的传统机床的功能。传统的机床系统能耗大、效率低下、故障多、维护困难等缺陷。可编程控制技术在传统机床的改造中的应用能够进行有效地控制，实现了能耗低、效率高、功能和可靠性稳定等诸多优势。

四、总结

可编程控制器的智能化和通用性使得该技术未来的发展前景广阔，并且能使我们的高危作业极大的减少人员的参与。可编程控制技术不仅能够降低该类行业的风险而且能够极大地提高其效率和经济效益。相信该技术会有一个光明的未来。