２００４年６月 文章编号：１００１—９００６（２００４）０２—０１０２—０９ 东方电气评论ＤＯＮＧＦＡＮＧＤＩＡＮＱＩＰＩＮＧＬＵＮ Ｖ０１．１８Ｎｏ２Ｊｕｎ２００４ 可编程序控制器（ＰＬＣ）应用之探讨 王道平 东方电气自动控制工程有限公司，四川德阳６１８０００ 摘要：简要介绍可蝙程序控制嚣在工业方面特剐是在电厂各领域的应用，分析几种常用可蝙程序拉制嚣的性能．详细地叙述 可嫡程序控制嚣在东方汽轮机厂一些产品的应用情况，井就可璃程序控制嚣（ＰＬＣ）的深入应用作一定的探讨。
图８表１ 关键词：可编程序控制器；应用；探讨 中围分类号：ＴＰ３３２
３ 文献标识码：Ｂ １前言 可编程序控制器，也称ＰＬＣ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉ．ｃａｌＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ），是２０世纪７０年代末８０年代初发展起来的，以微处理器技术为中心的用于工业现场的产物。
它是在微机技术不断发展的基础上，控制系统设计应用的一个里程牌。
由于其体积小、功能强、可靠性高、使用方便灵活，故一般的工业电气自动化控制任务中，均用ＰＬＣ来取代传统的复杂的继电器逻辑。
随着微型计算机技术日新月异的发展，ＰＬＣ的功能也越来越强大，它的主要应用将不再局限于替代复杂的继电器逻辑，用于闭环控制系统、集散控制系统及现场总线系统将成为可能。
２现状及应用 目前，ＰＬＣ的种类众多，既有国外的中、高端 产品，如三菱、西门子、施耐德、艾伦．布拉德利（Ａ．Ｂ）等公司的ＰＩＥ；又有国产的中、低端产品，如江苏嘉华、杭州机床厂、上海自动化仪表所、苏州计算机厂、深圳科用等单位的ＰＬＣ。
在电力工业中，可编程序控制器的应用十分普遍，从输变电到化学水，从锅炉、发电机至汽轮机及其辅机系统，无处没有可编程序控制器的身影。
２．Ｉ性能比较 从表１可以看出，无论是通讯能力、程序容量、Ｉ／０容量还是ＣＰＵ的扫描速度，各ＰＬＣ之间的差别是较为明显的，但大部分ＰＬＣ已具备了进人大型控制系统的条件。
２．２在电厂的应用 ＰＬＣ在电厂的应用起初是小规模和保守的，人们总是怀疑它的可靠性。
随着应用的推广，它卓越的适合工业恶劣现场的特性已被越来越多的人认同，在电厂的应用已不单是替代一些复杂的继电器逻辑，而是在一些较为简单的控制系统中充当角 表１几种常见ＰＬＣ的性能比较 项目毒；篡扫描时问 Ｉ／ｏ容量 编程工具厦编程语言 通讯接口 一公司产品ＩＫ－２Ｍｚ—ｓｍ一字：ｓｓ…ｓ蒜熹麓：：ｉ≯ＤＨ４８５，ＲＳ２３２，ＤＨ＋施耐德公粥ａＩＫ－ｔ３８Ｋ¨¨一ｔ卒ｍ螂“蒜嚣麓ｉ：ｉ≯…·ｕｓ，ＲＳ２３２枷 西门子公司产品６Ｋ～１３Ｋ０３７“ｓ／步（基本） 工具：手持编程器十计算机 ２５６ 编程语言：梯形图＋指令 ＲＳ４８５ 蔓公剐产品 ４Ｋ一８Ｋ０４８ｐ。
ｓ／步（摹本） ３０～２５６ 工具：手持编程器＋计算机编程语言：梯形图＋指令 Ｒｓ４２２ 江苏嘉华公司产品 ２Ｋ ２ｍｓ／Ｋ字 工具：手持编程器＋计算机缩程语言：梯形图＋指令 Ｒｓ２３２ 通讯／Ｋ速率ｂｉｔ．愠ｓ。
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弧ｔ ３８４１９２４９６００ 　 第２期 王道平可编程序控制器（ＰＬＣ）应用之探讨 １０３ 色，有些机组的主要子系统控制就是用ＰＬＣ来完成的，例如电厂的磨煤机、飞灰复燃、吹灰、捞渣、点火控制等。
东方汽轮机厂对ＰＬＣ应用的技术准备始于２０世纪９０年代初，选用的ＰＬＣ为中档次的日本三菱公司的ＦＸ２系列，主要用于替代汽轮机危急跳闸系统中的继电器逻辑．后又陆续在给水泵汽轮机的电气控制柜和盘车控制柜中使用。
２．２．１汽轮机危急跳闸装置 ２０世纪９０年代初，东方汽轮机厂第一台汽轮机危急跳闸装置在电厂投运成功，但当时受传统设计思维影响。
汽轮机危急跳闸装置中的逻辑处理完全是通过继电器实现，在电厂初期效果是较理想的，经过一段时间的运行，它的不足就暴嚣出来了。
（１）继电器的故障率较高，查找原因及维修极为不便； （２）它的逻辑都是由触点加硬接线实现，用户要做一些优化改动太困难； （３）由于每个继电器线圈吸合时间大约需要几十毫秒，所以装置的快速性让人较为担心。
鉴于以上几点，开发以ＰＬＣ为逻辑处理的新一代汽轮机危急跳闸装置就变得越来越迫切。
经过一段时间的努力，以ＰＬＣ为逻辑处理的汽轮机危急跳闸装置生产出来，为了提高装置的可靠性，它采用双ＰＬＣ运行，每台ＰＬＣ输出的跳闸信号经逻辑处理后送出，去遮断汽轮机。
电源上设有主、副两路输入，在机柜中自动切换后经由干扰抑制器输出送往ＰＬＣ电源模块。
为防止主、副电源切换时影响ＰＬＣ正常工作。
在软件设计中专门作了处理，断电５０ｍｓ以内将不会影响ＰＬＣ的正常运行，这样ＰＬＣ的所需电源就有了充分保证。
ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ点都在模块上经专门的光电隔离，在软件中专门对输入信号又作了滤波处理。
因此抗干扰能力强是毋庸置疑的。
汽轮机危急跳闸系统的ＰＬＣ应用软件一般在千步以内，最保守估计，汽轮机危急跳闸装置从接收到跳闸信号至装置发出遮断信号的时间将不超过４０ｍｓ，装置的快速响应是能保证的。
汽轮机危急跳闸装置的在线试验功能是必不可少的，东方汽轮机厂的该装置的在线试验可以与数字电液控制器（ＤＥＨ）联合完成，试验信号可到现场级（遮断电磁阀），并已在一些电厂投运成功。
下面以汽轮发电机组常规的跳闸项说明汽轮机危急跳闸装置的主要逻辑。
图１所示为单台ＰＬＣ的 主要跳闸逻辑，可以看出，汽轮发电机组（全电调）的自动停机项一般设有下面几项：（１）电超速停机，（２）电气故障停机，（３）锅炉故障停机（ＭＩ’Ｉ＂），（４）轴向位移大停机，（５）凝汽器真空过低停机，（６）润滑油压过低停机，（７）ＥＨ油压过低停机，（８）手动停机，（９）ＤＥＨ故障停机。
每一停机项输入后先进行一定的逻辑运算（如三取
二，二选一等），再进行几路扩展；一路与其它停机项经“或”逻辑处理后送出，以便与另一台ＰＬＣ的停机输出并联，去遮断汽轮机，见图２；另两路单独输出供用户使用（如去ＳＯＥ）；还有一路驱动装置上的状态指示灯。
有些停机项目应用户要求设有切投开关，以便在特定运行环境下（如傲机械超速试验）暂时切除该保护。
随着一次元件和二次仪表性能的提高，用户要求自动停机的项目也越来越多，如轴振、轴承金属温度、轴承回油温度和胀差等。
对这些原来是手动停机的项目作自动停机的逻辑处理时，本文认为不宜按传统的停机项目来考虑，比如轴承金属温度高停机，如果按轴承金属温度达到危险值去停机设计逻辑，那么可能存在一定的隐患。
按温升的趋势（温升率），再考虑该轴承的回油温度来作为停机的判断条件将会合理一些；又如轴振大停机，其停机逻辑主要还是参照国外机组的逻辑来傲的，即某处某方向轴振达到危险值，同时其余测点中的任一点在同方向的轴振达到报警值，两个条件满足后，延时３ｓ停机，该种停机逻辑有些地方也值得商榷。
本文认为，目前轴振大停机逻辑可做成任一方向轴振达到危脸值就停机。
目前，东方汽轮机厂的汽轮机危急跳闸装置已有几十台在电厂投入运行，从使用情况来看，没有出现过拒动或误动，效果理想，但它也有不足，例如绝大多数危急跳闸装置没有停机项首出记忆功能（可作为基本功能配置），与其它系统的通讯等等。
２．２．２给水泵汽轮机的电气控制柜 东方汽轮机厂的给水泵汽轮机最早是从西屋公司引进的，它作为动力驱动给水泵给锅炉供水。
由于它安装方便，调速范围广，所以广泛用于３００ＭＷ和６００ＭＷ机组的给水泵作驱动装置。
引进型给水泵汽轮机的就地仪表柜是用继电器实现逻辑运算的，国产化时就沿用了下来，经过几年的应用，暴露出不少问题。
由于ＰＬＣ在汽轮机危急跳闸装置上已成功应用，以ＰＬＣ为逻辑处理的电气控制柜不久就问世了，在电厂投运成功后，经过不断的完善，目前已是较为成熟的产品。
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一 ＂：＾机＿ｌＢ机厦排剌¨广—ｏ农“奉机捕“玎．—＿ｄ表“－小摇Ａ 囤１ＰＬＣ停机逻辑匿 幽２ 电气柜中ＰＬｃ所处理的逻辑相当多，例如：两台主油泵的控制、联锁、试验逻辑，事故油泵的控制、试验逻辑，排烟风机的控制逻辑，盘车装置的控制逻辑，高、低压主汽阀的开、关及试验逻辑，给水泵汽轮机的复位及停机逻辑等等，本文只选择３个较复杂的逻辑加以分析说明。
２．２，２．１低压主汽阀打开及试验逻辑 见图３。
此逻辑主要包括开低压主汽门逻辑和阀门活动试验逻辑（可在线做，试验行程为总行程的２５％）。
原来的电气柜用继电器来实现此逻辑最少需要８个继电器，并有大量的连线，后来虽然进行改进即将继电器之间的连线改为用印制板来实现，但 还是换汤不换药。
未从根本上解决问题。
改用ＰＬＣ来做逻辑处理后，只侮两个大容量的接触器来驱动电磁阀去开关主汽门外，其余逻辑运算均在ＰＬＣ中用软件实现，不但可靠性有了较大的提高，而且用户维护、优化修改也十分方便。
可以看出，该逻辑简明、适用、全面，中间环节少，非常适合给水泵汽轮机的控制。
２．２．２．２高压主汽阀打开及试验逻辑 见图４。
高压主汽阀打开及试验逻辑与低压主汽阀的逻辑相比，开主汽阀的逻辑是一样的，试验逻辑有两点不同：第１，高压主汽阀试验行程为全行程；第２，高压调节阀全关才允许试验。
其余逻辑与低压主汽阀相似，不再叙述。
２．２．２．３汽轮机及复位逻辑 觅图５。
停机及复位逻辑在汽轮机控制和保护中是非常重要的，国产化时，几乎是照搬西屋公司的，在改用ＰＬＣ后进行逻辑设计时，对一些停机项 　 第２期 王道平可编程序控制器（ＰＬｃ）应用之探讨 图３低压主汽阁打开试验逻辑图 目进行了改进，润滑油压低停机及真空低停机进行了“三取二”逻辑处理，以避免因单点失效而引起的误跳机。
对排汽温度高停机这一项，本文认为可考虑取消（有的电厂因为测温仪表的抗干扰能力不佳而误动过），汽轮机带泵正常运行时，因大、小机共用凝汽器，排汽温度一般不高；单机试运行时，只要蒸汽参数选择得当，建立起较好的真空。
排汽温度不会达到停机值（１５０℃）。
对油位过低停机这一项，可增设～个切投开关，以便在运行时灵活使用（担心油泵吸空是设立这一保护项的目的）。
图５中，４３Ｊ，４４Ｊ是ＰＬＣ的内部继电器。
４３Ｊ定义为主汽阀复位，它的用途是汽轮机复位时，解除汽轮机跳闸回路中的低压主汽阀关限位开关与高压主汽阀关限位开关组成的跳闸自保持逻辑；４４Ｊ定义为低真空复位，它的作用是凝汽器真空没有建立起来时自动解除汽轮机跳闸回路中的低真空跳闸逻辑，让汽轮机复位，以便汽轮机做静态联动试验，并在凝汽器真空正常时自动投人该保护。
２．２．３盘车控韵】柜 见图６。
盘车控制柜以前的逻辑处理靠继电器来实现，由于受机柜尺寸限制，无法安装较多的元器件，所以供用户使用的接口较少，显得功能比较单
一。
用ＰＬＣ替代继电器做逻辑处理后，情况大为改观，不但可靠性有了提高，而且功能也增加了。
其逻辑运行及控制功能在此不一一赘述了。
３ＰＬＣ应用探讨 随着微处理器技术的不断发展，ＰＬＣ的功能也越来越丰富。
ＰＬＣ从早期的单一逻辑控制功能发展到不仅能够实现开关量的实时处理，而且还能够实时处理各种模拟量，实现浮点运算和ＰＩＤ调节，并且还具有较强的通讯能力，可以组成不同规模的适应工业环境的实时网络系统。
３．１ＰＬＣ组成控制系统的可行性分析 首先，从ＰＬＣ的微处理器的特性分析。
从运算速度来看，每Ｋ用户程序的扫描时间最多不超过１０ｍｓ，能满足控制系统的需求。
现在的ＰＬＣ一般都 　 —迎—————————————蔓型塑堂 整！！堂 匦蒜喇辞撼崴亲匿蜒州出惶寸固 有进行浮点运行和ＰＩＤ调节的功能，允许没有多级中断，这些也都为ＰＬＣ组成控制系统提供了条件。
．．其次，从模拟量模块的技术规格分析。
模拟量模块的输入信号可以是电流、电压，也可以是热电 　 偶、热电阻。
输入的响应时间大约１．５ｍｓ（对电流和电压信号），Ａ／Ｄ转换ｏＣＰｌｄ、于２５０斗８；模块输出的稳定时间：电压输出为ｌＯＯＭ，ｓ，电流输出为２ｍｓ．输出模块的刷新时间为ｌｏｒｅｓ（两通道）。
这些指标应 —二壁三塑—————————一至堕！里塑堡壁塑型矍！！堕！堕旦查堡塑 匿颦聊 罡管掣
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最后，从通讯上看。
现在的ＰＬＣ支持多种通讯 协议，如ＴＣＰ／ＩＰ、ＭＯＤＢＵＳ等，西门子公司的一部分ＰＬＣ还有ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ接口，能与现场总线网络通讯。
可看岛，用，阢组成较为复杂的控制系统还是值得去研究和开发的。
３．２ＰＬＣ与其它系统的通讯的探讨 ＰＬＣ与其它系统的通讯解决得好的话，将大大拓展它的应用。
现以ＰＬＣ与计算机（上位机）的通讯为例，探讨一下ＰＬＣ的通讯。
３．２．１通讯口的选择 ＰＬＣ的通讯口一般以ＲＳ４８５居多，ＲＳ４８５串口采用“平衡差动式”数据传输，传输线上是电位差信号，因而抗干扰能力强，适用于高速率、远距离传输，适合恶劣的工业环境。
计算机一般都是ＲＳ２３２串口，虽然ＲＳ２３２串口技术非常成熟，但最大弱点是传输距离短。
故选用ＲＳ４５８串口通讯是比较合适的，计算机上的ＲＳ２３２串口用一个ＲＳ２３２／ＲＳ４８５转换器可以解决不同口问题。
３．２．２通讯程序的一些设想 ＲＳ４８５通讯有两根数据线，这对数据线既可发送数据也可接收数据，但是通讯的双方不能同时收发，只能采用半双工制。
由于只有两根数据线，没有硬件握手的信号线，所以应考虑用软件握手来保持数据传输的同步。
对于传送数据的检验，可增加一个结构检查序列（ＦＣＳ）字符，它是由所发送的字节进行异或运行形成的，把这个ＦＣＳ连同要发送的 有效数据一起发送。
接收方收到后，同样对所接收到的数据进行异或运算形，把结果与ＦＣＳ进行比较，如不相同，就认为传送数据出错。
由于通讯周期很短，下一批数据马上会传到，对于出错的数据可采用放弃。
有时可能会因为一些偶发因素使得上下位机在通讯时步调错开，出现同发送同等待接收的情况。
同发还不算严重，因为程序会自动放弃出错数据；同等待接收的情况一旦出现，往往会引起死循环造成死机。
为避免此情况，可在上位机的接收程序中加入一段代码，作为等待时间的检测，一旦超过规定的等待时间，就认为出现了同时等待接收的情况，此时可让上位机先发送数据打破僵局。
图７和图８是上下位机的通讯程序流程简图，供参考。
４总结 现在，ＰＬＣ的应用已广泛地受到各行业的关注，国家的机电一体化技术应用协会也专门成立有可编程序控制器分会，组织讨论和交流可编程序控制器的应用。
本文认为，应用的关键是跟踪最新技术和进行产品开发，它不但能提高产品的自动化程序，降低产品成本，而且能使产品渗透到各领域，从而开拓市场。
作者简介：王道平（１９矾一），男，四川德阳人，工学学士，高级工程 师．从事旋转机械的监测与保护的研究。
图７ 图８ ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＰＬＣ 　 １１０ 东方电气评论 第１８卷 ＷＡＮＧＤａｏ－ｐｉｎｇ （ＤｏｅｓＦａｎｇＥｌｅｃｔｒｉｃＡｕｔｏｏｏｔｕｍｌＥａｇｌａｃｅｒｌａｇｃ０．，ＬＴＤ，ＳｉｅｈｕａｎＤｅｙｔｍｇ６１８０００ Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＰＬＣｉｎｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｉｎｂｒｉｅｆ．ＩｔａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｓｅｖｅｒａｌＰＬＣａｎｄｔｈｅｎｄｅｓｃｒｉｂｅｄｍａｉｎｌｙｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｂａｓｅｄｏｎＰＬＣ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄｂｙｔｈｅＤｏｎｇＦａｎｇＳｔｅａｍＴｕｒｂｉｎｅＷｏｒｋｓ．ＦｉｎａｌｌｙｆａｒｔｈｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＰＬＣａｒｅａｐｐｒｏａｃｈｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｌｏｇｉｃａｌｅｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＰＬＣ）；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；Ｒｅｓｅａｒｃｈ （上接第８５页） ＳＵＮＹｕ－ｍｅｉ，ＰＡＮＱｉａｎ－ｇａｎｇ，ＬＩＵＺｈｉ－ｙｏｎｇ，ＧＡＯ日。
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ｎ曲”ｇＢｏｌｉ＂Ｃｏｍｐａｎｙｌａｄ，ＳｉｃｈｕｔｎｇＺｉｇｏｎＳ６４３００１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｔｒｏｄｕｅｓｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＳｕｐｅｒ３０４Ｈｉｔｓｅｌｆ，Ｓｕｐｅｒ３０４Ｈ＋ＳＡ一２１３ＴＰ３４７ＨａｎｄＳｕ—ｐｅｒ３０４Ｈ＋ＳＡ一２１３＇Ｉ＂９１，ａｎｄｒｅｃｅｉｖｅｓｔｈｅｒｉｇｈｔｗｅｌｄｉｎｇａｎｄｂｅａｔ－ｔｒｅａｔｍｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｂｙｔｅｓｔｉｎｇ．ＩｔｃａｎｂｅｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔＳｕｐｅｒ３０ｄ－Ｈｉｓａｇｏｏｄｔｕｂｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒａｎｄｒｅｂｅａｔｅｒｕｓｅｄｉｎｓｕｐｅｍｒｉｔｉｃａｌ，ｕｌ－ ｔｒａ·ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｉｎＣｈｉｎａ，ｉｎｆｕｔｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｕｐｅｒ３０４Ｈｔｕｂｅ；Ｔ一３０４Ｈｆｉｌｔｅｒ；Ｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ （上接第１０１页） （ＤｏｎｓＦａｎｇＳｔｅａｍＴｕｒｂｉｒｍｗｏｒｋｓ．ＳｉｃｈｍｍＤｅｙａｎｇ６１８２０１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＭａｉｎｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｆｅａｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｏｆＣＡＤ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄＤｅｓｉｇｎ）ｏｆｆｏｒｇｉｎｇｂｌａｄｅ，ａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｖａｒｉｏｕｓｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ’ｃｏｎｆｉｒｍａｔｉｏｎａｎｄｓｏｌｕｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｄｙ，ｉｔｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｓｃｈｅｍｅｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｕｌｅｄｅｓｉｇｎｏｆｆｏｒｇｉｎｇｄｉｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆｏ哂ｎｇｄｉｅ；ＣＡＤ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄＤｅｓｉｇｎ）；Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｕｌｅｄｅｓｉｇｎ 中国东方电气重型机器有限公司落户南沙 ２００４年５月１７日，作为国内核电重型设备制造企业之一的中国东方电气（广州）重型机器有限公司组建暨落户南沙签字仪式在广州隆重举行。
东方重机是以中国东方电气集团公司为主，联合广州南沙Ｔ－化投资有限公司、广东省粤电集团有限公司、广州广重企业集团公司、中国第二重型机械集团公司等几家颇具实力的企业共同投资组建的重大设备生产基地。
它是一个以制造核电容器、重型石化容器和其他重型电力设备为主业的公司，是为适应国内外电力发展，解决大型电站装备装配运输问题，综合各方面优势，实现强强联合，承担我国核电站承压设备、重化工设备的主要制造的基地。
（张哈军，梁坚）