PLC在继电器自动化控制中的应用

PLC在继电器自动化控制中的应用

张杰

内蒙古巴彦淖尔华油天然气有限责任公司

内蒙古巴彦淖尔015200

摘要：电气设备对于电力系统的稳定运行起到关键性的作用，作为电力系统的运输载体，提升电气设备的运行效率和稳定性，才能实现电力的持续供给。常见的电力设备包括变压器、继电器、发电机、电力线路等，这些设备的运行情况是否良好，决定着电力系统是否高效稳定。PLC是一种可以编辑的控制器，有着微小、灵活的特点，是系统的大脑和核心。PLC 技术实现了计算机技术、控制技术以及互联网技术的融合，实现了电气设备的智能化控制。通过对比 PLC 和 DCS 发现，PLC技术的兼容性更好，可以保证继电器控制的稳定性，逐步成为电气设备的主流控制技术。

关键词：PLC；继电器；自动化控制

随着经济社会的发展，我国 PLC 技术有了很大的进步并且得到了广泛地运用，从而使社会各方面都有了飞快地进步。这些年，我国充分发挥 PLC 对继电器控制线路的改造，这在一定程度上都极大地推动了我国继电器控制的发展。目前，PLC 技术在我国得到了相关方面的充分重视，国家也不断加大 PLC 的技术推广，加强高技能人才对 PLC技术的学习与培训，这在一定程度上加快了 PLC 技术的发展，为我国社会生产的发展提供有效的动力保障。

一、继电器应用PLC技术分析

为了更好地验证 PLC 技术在继电器控制中的应用效果，将LRD热继电器作为研究的对象，分析PLC的系统控制，并通过对比的方式，对比 DCSLRD 热继电器自动化控制效果。

1、LRD热继电器。实验过程中，选择一款市场在售的 LRD 热继电器，如选择继电器额定电压为 690 V，额定绝缘电压为 1000 V，脱扣等级 10A，用螺钉夹连接端子，设置开始、停止、复位按钮，“TH”防护处理，保证其可以应用到湿热环境，正常工作环境温度为 -20 ℃~55 ℃，补偿环境温度为-20 ℃~70 ℃。

2、PLC选型。由于 PLC 存在很多的类型，选择合适的类型非常重要，考虑到兼容性的要求，合适的PLC才能具备良好的兼容性，才能保证继电器设备的控制效率和质量。关于PLC选型工作，需要关注的内容包括：按照继电器设备控制的要求，进行 PLC 型号和厂家的选择；PLC 的 I/O 点数量需要等于或者大于控制设备所需的数量；结合用户程序、系统程序、逻辑变量等信息大小，保证PLC存储器大于这些信息大小；结合设备连接的要求，选择合适的输入输出模块；根据设备的不同类型，考虑控制系统的兼容性；根据资金预算情况，从经济角度出发，选择合适的PLC。按照上面提到的继电器型号，选择MX-100PLC，尺寸为128 mm×107 mm×40 mm，额定电压DC18 V~36 V，功耗5 V/0.55 A，绝缘阻抗5 MΩ以上（DC500 V），所有外部端子与地之间抗干扰性，峰值为2 000 Vp-p，频率为 5 kHz，数字量输入点数为 12，数字量输出点数为12，模拟量输入点数为4，模拟量输出点数为2。

3、仿真控制模型

基于PLC技术，针对继电器自动化控制，采取模糊PID控制的方式，传统电气自动化控制，主要采取 DCS 的控制方式，但是这种控制方式由于兼容性问题，无法实现不同系统的兼容，因此，增加了电气设备的控制难度。使用 PLC 对继电器进行自动化控制，由于PLC 的兼容性好，可以取得更好的控制效果。针对PLC 系统做兼容性测试，通过兼容性测试，发现其在具备常规装机必备软件Windows 2000 、Windows XP、WIN7、WIN10、服务端、数据库服务器时都能正常运行，而且浏览器 INetscape、Firefox、Maxthon也能正常运行。由此可以得出，即便是在不同系统之中，PLC 也有着不错的兼容性，没有出现传统DCS 控制无法兼容的状况，可以表明 PLC 系统应用的可能性。

二、PLC继电器控制的设计方法

1、基本方法。继电器的电路图类似于可编程控制器（PLC）的梯形图语言，可以根据继电器电路图，将其改造设计成梯形图，也就是说，用PLC的梯形图程序来实现原始继电器系统的功能。此方法不用修改原有的控制面板，保持了原本系统的外部特性。我们在对PLC控制系统的功能进行分析时，可以将其看作是继电器控制系统中的控制箱，另外外部接线图描述了控制箱的外部接线，梯形图表示了控制箱内部“接线图”。控制箱和外部设备主体之间的“中间继电器”中的输入端子（I）和输出端子（O），因此可以通过分析和改造继电器电路图来分析和设计PLC控制系统。

系统的了解被控对象及其工艺流程：明确知晓所需控制设备的生产过程、机械功能状态。对初始继电器控制电路图进行初步分析，基本掌握拟需设计的系统性能，结构和相关工作流程，奠定程序设计和调试的基础。

明确PLC的输入输出变量：在了解系统的电路原理图的基础上，确定PLC控制系统的输入和输出设备以及相应的信号。为方便起见，可以对继电器的示意图以及输入和输出设备进行分类。在大多数情况下，继电器按钮、线路启动和关闭按钮、行程启动和关闭按钮，压力打开和关闭按钮以及触点可以用作PLC输入信号。清楚这些相关内容后，将输入信号编译为表格，以便可以清楚地了解PLC控制系统的输入点，绘制连接图和输入点分配。

    明确PLC的元件以及其他配件型号：根据PLC输入和输出点的数量，确定需要选用的PLC型号。明确与继电器电路中的中间继电器对应的每个辅助继电器编号，选出与继电器电路中的时间继电器相对应的计时器的组件号，从而使继电器电路图和梯形图中的组件一对一对应。

编制梯形图，写出指令表：根据控制电路中输入点分配图和连接图，输出点分配图和连接图，输入器件与输出器件分类表，列出两种控制系统之间的比较表。另外，根据输入信号元件、输出控制对象的作用编制PLC控制系统的梯形图，编写梯形图相应的指令列表。

2、工作方式

（1）遵循梯形图的语法规则。在继电器电路图中，触点放置在线圈的左右两侧均可，但是在梯形图中，线圈必须放置在电路图的最右侧。

（2）设置外部互锁电路。所谓互锁是指当两个电器同时开启时，为了防止危险而采取的保护措施。一台设备已通电，而另一台设备因互锁动作绝不会通电。对于这种互锁电路转换，除了梯形图中的互锁外，两个电气装置还必须在外部电路的设计上设置互锁。这是因为这种互锁使PLC的两个输出继电器之间的最小时间间隔仅为一个扫描周期（约100ms）。在这么短的时间内，很难完成两个外部继电器（接触器）的接通/断开切换。一个尚未打开，而另一个却已关闭，导致短路。同时，外部互锁可以有效地保护由于外部电路的接触器的焊接而引起的短路故障。

（3）梯形图简洁优化。为减少梯形图中的指令数量，通常在串联电路中单个触点放在右边，而在并联电路中单个触点则放在下边。用PLC附带的辅助继电器M和定时器T替换原理图中尽可能多的中间继电器和时间继电器，这样可以最大程度地节省经济成本。

（4）PLC输出继电器的电压类型和额定值应与外部负载一致。PLC的继电器输出模块只能驱动额定电压为AC220V或DC24V的负载。

可编程控制器（PLC）具有现代工业生产所需要的响应时间快，控制精度高，可靠性好，可以随过程改变控制程序，易于与计算机联网，维护方便等优势，因此有必要其替代更换继电器控制系统。此外PLC控制系统也显示了进行顺序控制的强力优势。合理规划使用可编程控制器PLC可以改善自身控制系统结构，减轻操作人员工作强度，充分发挥高度自动化控制的优势。

参考文献：

[1] 张登高.PLC在数控机床中的应用自动化控制[J].电子技术与软件工程，2018(12)：146.

[2] 肖冲.PLC技术在电气工程及其自动化控制中的应用[J].百科论坛电子杂志，2020(14)：1720.