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。
第一篇：PLC对电气自动化控制的应用论文
引言
随着高新技术的发展，自动化系统逐渐应用到工业生产领域。PLC技术的应用，不仅解决了传统电气控制系统内部结构复杂，可靠性低，能耗高等问题，而且节省了大量的人力物力，保证了控制系统的工作质量。推动了我国工业转型和健康发展，受到越来越多专业人士的关注和重视。
1、PLC概述
（1）PLC的概念。在国际电工委员会(IEC)的标准中，可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController，简称PLC)的定义为：可编程逻辑控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计。在系统运行过程中按照用户的实际需要在系统软件支持下，保证系统功能的正常发挥，其工作原理是按照“串行”的工作方式，扫描各个输入点数据，并发送给输出点相应的信号和数据，中央处理器会直接显示在执行的程序命令，一直到整个程序全部运行结束。结束后会周而复始的重复这一过程。PLC硬件构成一般分为箱体式和模组式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模组式PLC，有CPU模组、I/O模组、内存、电源模组、底板或机架。无论哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。电源对于PLC的系统运行有重大意义，一旦电源出现了问题，PLC将无法正常运转。所以PLC的生产厂家非常重视电源的质量，电源自身的特性决定了所提供的电压只能在小范围内波动，并且需要注意电源在运行过程中要和交流电网形成协调配合，这样才能保证持续供电[1]。CPU在PLC系统运行中的作用也至关重要，如果PLC是一个人，那么CPU就是这个人的大脑，没有大脑就无法处理信息和存储数据，就无法工作。在系统运行中它最大的作用就是判定PLC控制系统的状态，之后将存储好的数据发送到对应的输出设备当中，这样可以确保PLC始终处于良好的运行状态当中。（2）PLC的特点。首先，PLC的性价比高，这主要体现在功能上，有些功能只有通过PLC系统才能实现，因为系统中有许多编程元件，具有非常强大的控制功能，可以有效的调整和控制整个电气自动化系统，并且进行集中化处理，提升工作效率。其次，PLC的操作便捷，不需要有非常专业的计算机知识，程序简单，易于操作是PLC最显著的特点。只要懂得编程语言即可，也不需要较长的系统开发周期，这就减少了操作量，提升了工作效率和工作质量。最后就是对硬件条件有很强的适应能力。PLC有完善的自我检测功能，故障率低，即使发生故障，检修和维护也非常简单，可以在短时间内处理好，保证了系统的稳定[2]。
2、PLC在电气自动化控制中的实践应用
随着PLC技术的更新和完善，此技术已经广泛应用于电气化控制的实践中。其中有：顺序控制、开关量控制和闭环控制三个方面。（1）顺序控制。随着环境污染的加剧，国家越来越重视节能减排和工业可持续发展，在工业生产中降低能耗增加效率是我们一直在追求的目标。PLC技术的应用，实现了对单独工艺的流程和对全长生产工作的协调与控制。例如在煤炭系统中，一个好的煤炭自控系统设计可以使生产更加平稳的进行，同时使用过程中显著提高生产效率。煤炭控制系统采用的是分层式网络结构，这种结构可以有效的监督和控制相关设备，现在煤炭系统基本实现了PLC控制，提高了生产稳定性，减少了工作人员工作量，减少人力和物力的资源浪费[3]。（2）开关量控制。在应用PLC系统的过程中，就是把虚拟继电器当做机械继电器，所以在运行过程中不考虑反应时间，也不需要考虑返回量，在这样的情况下，系统运行过程中开关量控制方面做得很好。由于PLC不需要大量实物元件和软继电器，提高其稳定性。没有多余元件干扰，维修更简便，功能仍全面。在电气自动化工作中，这项技术应用到了自动切换系统，显著提升了运行速度。同时，PLC技术可以使系统备用电源自动投入装置，在火力发电系统中增强了系统的可靠性，被广泛应用于电业局生产中。PLC控制系统不仅可以减少辅助开关数目，也可以集中显示和控制多台断路器的信号，这样系统就有了逻辑判断能力，提升了系统的抗干扰力，实现了系统高效可靠运行。（3）闭环控制。电气自动化系统有多种电机启动方式，如现场控制手动启用、自动启用，机旁屏手动启用等。与其他控制手段先比，闭环控制保持了系统设备的相对独立性，能够保证系统设备在没有其他控制量来源的时候，能够维持系统社会的正常运行.闭环控制是基于系统人机交互实现的，以机旁屏手动控制为例，在系统设备运转的过程中，系统各项参数会以数据的形式出现在机旁屏上，而操作人员可以通过这些数据对系统设备运行的状态进行及时的了解，并基于系统运行的需要，对相应的运行参数进行调整，进而保证系统设备生产活动的顺利进行。
3、结论
PLC系统在应用的过程中能够体现出强大的功能，不仅克服了传统系统的缺点，更提升了工作效率。随着科学技术的进一步发展，PLC系统会更加优化和完善，应用范围会更加广泛，应用程度会更加深入。
第二篇：PLC对电气自动化控制的应用论文
1、PLC实践应用主要优点
在PLC系统应用实践中，我们对其主要技术应用内容进行了技术分析，发现这一技术在实践应用中具有以下的优点。一是自动控制过程反应较快。在PLC系统应用实践中我们发现，技术人员使用了新型的自动化管理辅助继电器完成控制工作。较之传统的机械式继电器,这种继电控制技术在应用中使用了内部逻辑关系进行控制处理。所以在实际控制过程中，其控制的节点变位时间几乎为零，极大的提高了自动控制的反应速度。二是控制过程的可靠性高。在PLC系统控制技术应用实践中我们发现，这一控制系统在实际技术应用中具有良好的抗干扰能力。特别是在使用情况较为复杂的工业生产环境中，PLC系统的较之传统控制系统而言，其抗干扰高特点保证了生产系统控制可靠性的提高。三是控制操作方法简单。在PLC系统控制实际过程中，控制指令是通过较为简单控制过程完成的。这些较为直观地操作方式，即使是初学者也可以较快的掌握。这种操作简单地特点，对于控制管理的开展具有极大的实际作用。
2、PLC系统控制主要应用探析
2.1完成对电气系统的顺序整体控制
在实际的电气系统控制过程中，利用控制技术完成系统工作顺序控制，是控制系统的重要内容。这一技术控制系统在实际控制过程中可很好的提高控制系统的工作质量与效率。在PLC控制系统实践应用中，我们发现这一控制系统在顺序控制管理中具有良好的工作方式，所以在实践应用中，可以很好地代替传统的继电控制系统，完成工业生产的电气控制工作。在实际应用中，我们对PLC控制系统的顺序开关模式进行了实践考察，发现其主要功能包括了以下内容。一是在当前的PLC控制系统实际应用中，顺序控制系统不仅可以完成单独控制过程，还可以利用信息模块与通信总线连接的方式实现整体系统，乃至生产车间的整体控制。二是在PLC控制系统中，控制主要过程是通过集控室管理完成的。这种独立集中地控制管理模式可以很好地保证自动化管理效率的提升。正是因为PLC控制系统在电气顺序控制过程中具有以上优势，所以其在自动化控制研究中的作用得到了极大的提升。
2.2完成对电气控制系统的稳定化控制
在传统的电气系统的控制过程中，电气系统的控制过程主要是通过电磁型继电器控制系统完成的。在实际工作中，由于这一系统主要采用电磁元件进行控制。但是在实际控制过程中，这种控制系统的可靠性性较低，并存在接线复杂、维修困难等诸多问题，影响了其使用质量。而在PLC控制系统的实际应用中，因为其在实际运行中采用了软继电器进行控制操作，起高了其控制的可靠性。同时在操作过程中，工作人员可以利用简单的操作过程完成控制工作。正是因为PLC控制系统具有以上的优势，保证了其在电气控制系统的开关量控制，可以发挥出良好的作用。特别是其具有的稳定性强的特点，在实际电气控制过程中可以发挥出以下作用。一是稳定性较强的特点，可以保证电气控制过程的质量与效率的提升，确保生产产量的提升。二是稳定性强的控制过程，可以避免安全事故的产生。在实际的电气控制过程中，良好的开关量控制可以很好地保证系统稳定运行，是安全生产的必要技术支持手段。在实践过程中我们发现，PLC系统良好的稳定性特点保证了系统开关量控制的稳定，是自动控制系统的重要技术支持手段。
2.3完成对电气控制系统的自动化管理控制
在实际的电气控制控制管理中，PLC系统的自动管理控制状态在系统控制运行发挥着重要作用。在实际中我们发现PLC自动控制系统在实际控制过程中，包括了以下工作。一是快速反应的自动化控制处理。与传统的继电器系统相比较，PLC控制系统在实践中因为其对控制反映的时间几乎为零，这就使得其控制过程中的整体反应速度高于传统的控制方法。这种高速反应的控制过程是实现自动化控制的重要保证。二是稳定的连锁化控制过程。在电气控制过程中，自动化处理中连锁控制中时间差的控制极为重要。在PLC控制系统中，由于其控制的稳定性较高，保证了连锁控制的顺利完成。
3、技术应用未来发展趋势研究
在PLC控制系统的技术发展中，我们结合系统技术应用与生产实际情况，开展了技术应用发展未来趋势的研究。在研究中我们发现，PLC控制系统技术的未来发展趋势主要包括了以下内容。
3.1提高系统整体的抗干扰性
在PLC控制系统实际应用中，其良好的.抗干扰性特点为自动控制的完成提供了保障。所以在PLC控制技术的研究中，我们必须加强对系统整体抗干扰性的技术研究工作，特别是在高温高湿等较为恶劣的生产环境，以及生产过程中电磁干扰严重的生产环境中，提高系统整体的抗干扰性，对于技术的进一步应用具有极大的作用。
3.2系统控制管理的网络化、数字化趋势
随着PLC控制系统的应用的推广，如何更好地提高其自动化过程就成为了我们研究的重要内容。在这一过程中，控制系统的网络化、数字化的应用就成为了我们研究的重要内容。在实际研究过程中，数字化、智能化控制技术在PLC控制技术应用得到了广泛应用。
4、结束语
随着现代化工业生产中自动化控制技术的不断发展，传统的继电器控制系统因其技术中的缺陷影响了自动化控制技术的发展。正因如此，我们在自动化控制技术研究中广泛采用了PLC控制系统技术。在实践应用中，这一技术因其稳定性好、控制简便等优势，得到了广泛应用。我们做好这一控制系统的技术发展研究，可以为工业生产技术的发展提供更好的理论支持。
第三篇：PLC对电气自动化控制的应用论文
随着时代发展，工业已经逐步实现了电气自动化，这种技术的应用极大的推动了工业的发展。近年来，PLC作为一种新型的、高科技手段被广泛的应用到工业电气自动化当中去，以期能够进一步提高工业生产的效率，从而促进整个工业的发展。
1、工业电气自动化
工业电气自动化指的是在工业企业当中的电气自动化，其中涉及到技术方面的主要包括电子、电机电器、信息、网络和机电一体化等这几种技术，随着互联网和计算机的迅速兴起，电气自动化也适时的得到了广泛的提高[1]。目前，电气自动化已经逐步的完成了信息化与开放化，在很大程度上促进了工业的发展，与此同时也就带动了整个社会经济的发展。
2、PLC概述、工作原理及其特点
PLC，即可编程控制器，这是专门为了对工业进行控制而设计的一种自动控制装置，用于控制工业生产当中的电气设备。可编程控制器之所以能够使得操作简便，是因为它融合了电气控制技术、通信技术以及计算机技术等多种技术。PLC工作的原理，主要根据工作的阶段进行分析，在不同的阶段的工作原理也不尽相同。输入采样阶段时，PLC主要是进行数据的采样，通常用到的方式是扫描，之后对采集到的数据进行读取、存储并且输入到单元格中[2]。在这个阶段中要注意输入数据状态的改变不会影响到单元数据的处理，因此应当对读取数据的信号形式进行选择以保证数据信息在任何情况下都能够被读入；程序执行阶段，PLC主要是对用户程序进行自上而下的扫描，并且按照一定的顺序、录像运算得到结果；系统输出的阶段，PLC将刷新执行中的用户程序，并且根据相应状态在刷新过程中对前一阶段数据锁存，以便能够对其他的外设装置进行更好的驱动。PLC的特点对于其在整个工作当中有着一定的影响，为了保证PLC能够发挥其作用，本文将对其特点做简要分析。PLC的特点包括其可靠性、抗干扰能力强、自诊能力强、通信性强以及能够进行故障检测和相应的信息保护及恢复。它的自侦能力可以对工作中出现的错误进行及时的过滤和硬件方面的保护；其通用性强使得PLC操作起来非常简便。除此之外，PLC能够对生产机械和生产线进行控制，甚至可以控制一整个生产的过程。它的操作简便而且易于掌握，所以对于相关人员的培训时间也较短，能够快速的投入到工作当中去。以上诸多的PLC的特点，使得其在电气自动化当中被广泛的应用。
3、PLC在工业电气自动化中的应用
3.1PLC在传统机床系统当中的应用
传统的机床系统有着耗能、效率低等明显的不足，很容易在工业生产过程当中出现故障而影响质量和进度，而且这些故障一旦出现，维修的难度非常大。除此之外，传统机床一直沿用继电器控制的系统，这种系统常常出现接线老化及接触不良等各种问题，严重的影响了工业的发展。PLC被应用到传统机床系统之后，根据PLC的特点能够将传统机床中所使用的软、硬件进行合理的改造和完善，并且通过编程对其进行合理控制，对机床的使用状态进行及时的了解，从而提高了机床运行的稳定性，增强了传统机床的安全性，进一步的促进了企业的发展。PLC在传统机床当中的应用主要是解决故障、提高效率。
3.2PLC在火电系统中的应用
火电系统中涉及到很多方面，水处理、输煤系统、排渣系统以及除灰系统等都是火电系统的辅助系统，PLC可以根据自身的工作原理对这些系统进行合理控制，与此同时应用PLC中的通讯模块实现数据的信息化、开放化，促进了各系统的相互协调。其中输煤系统和除灰系统中应用的主要是PLC的顺序控制功能，输煤系统当中主要是分层时的网络结构，纵向分为主站层、远程10站以及现场传感器三个层。可编程控制器与人机接口的设备两部分组成了主站层，OLC的CPU通常配置双机。输煤程控紫铜的控制方式采用的是控制室集中控制，并且就地设置了事故紧急停机的开关和检修用启停的按钮。除灰系统中需要进行控制的主要有输送风机、气化风机、收灰风机和管道压力，通常有PLC的传感器、主控柜和二次仪表三部分组成，有时按照网络结构时也可以疯操作员站和下位机控制器[3]。对于断路器的控制和系统的自动切换需要用到PLC的开关量控制功能。通过对PLC型号的合理选择，并且编制可行的控制程序，实现在变电所当中对于多台断路器的控制和信号的显示。
4、结束语
随着工业电气自动化的不断发展，它对于技术的要求也越来越高，使得PLC系统的产生和应用顺其自然。PLC应用在工业电气自动化中，不仅使得自身的诸多功能得到了充分的发挥，而且有效的解决了工业发展中存在的很多问题与不足。PLC的控制系统有着十分强的环境适应力，加之它变成简单，使用便捷，耗能小，在工业电气自动化中得到了广泛的应用，已经逐步的称谓了工业电气自动化的标志。
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