应堃
（武汉市燃气热力规划设计院有限公司 武汉市 430019）
摘要：随着科技的不断进步，自动化技术的控制程序发展也越来越符合各项社会工业的要求，尤其是在电气行业设备的自动控制运用。在工业化生产建设中，自动化控制系统在其中都表现出极其重要的作用，按保持信号和脉冲信号两种类别，给出了电气设备的基本控制程序结构，并从实际应用经验及工程实例中，分析探讨电气设备的自控设计，最后对PLC控制系统进行探讨。
关键词：电气设备、自动控制、设计
1、前言
在石化行业，电气设备自控水平的优劣，对安全生产至关重要，因而在自控设计工作中，应认真分析工艺及电气控制的要求，设计合适的方案，采用正确的控制程序结构，保证其稳定运行。电气设备自动控制系统的设计对于提高整个电气设备自动控制系统的性能有着重要作用，确保电气设备自动控制系统的整体运行效率可以满足企业要求。
2、基本控制程序结构
自控信号在去向上可分为控制信号（DO：数字输出）和回讯信号（DI：数字输入），控制信号是指从自控系统去电气控制中心控制电气设备的信号，回讯信号是指电气控制中心返回的电气设备状态信号，在控制系统中一般作为指示，也可作为联锁信号参与逻辑组态。为避免来往强弱电信号之间的一些不必要干扰，需在机柜间设置继电器，用来隔离来往控制系统和电气控制中心信号。
自控信号从信号类型来看，还可分为保持型和脉冲型，回讯的状态信号一般为保持型，而对于控制信号，根据其作用，还可分为允许启动（ReleasetoStartup）、启动（Start）、停止（Stop）、联锁停止(InterlocktoShutdown)四种信号，如图1所示，图中XS－R、XS－STA、XS－STO、XS－IL分别表示以上所述的四种控制信号。
与图1相比，在电气控制回路中并联了接触器常开辅助接点，此时，控制信号采用保持型，同样可以起到控制作用，但同样必须设置复位按钮。
在不同的工程应用中，工艺及电气控制要求也不尽相同，控制程序结构会有所改变，如图1和图3中9种不同的控制程序结构。但根据实际的工程应用经验来看，应将允许启动和联锁停止条件简化为一路DO控制信号输出，这是因为增加控制信号，就需要增加隔离继电器，电气线路就稍显复杂，不仅增加了故障点，也给维护带来一定的困难，所以一般将允许启动和联锁停止条件在控制系统内组态，最终以一路DO点控制信号输出。也因此，在实际工程应用中，图1a及图3c的程序结构应用较多。
3、工程实例
下面结合设计并已投运的某低温乙烯储运项目，进一步分析探讨电气设备的自控设计。在低温乙烯储运装置中，乙烯压缩系统作为核心系统，有两套压缩机及其辅助设备组成，其主要作用是保持乙烯罐的低温状态，根据工艺要求，压缩系统应能根据罐内乙烯蒸发量，来自动启停压缩系统，同时，在现场应能手动操作压缩系统，因此，应设置远程就地选择开关，其自控程序结构如图4。
在图4中，现场操作盘上增加了启停按钮HS－STA和HS－STO，以及远程就地切换开关HS－RL、XS－RIL为系统组态允许启动和联锁停止条件的输出控制信号，该信号应为两个条件逻辑与，只有允许启动有效（1＝Release）且联锁停止无效（1＝NotInterlock），XS－RIL才能闭合。在实际应用中，还应从工艺和电气设备的安全角度设计控制程序结构，具体可从还以下三点来考虑：
3.1手动远程就地切换不应影响电气设备的当前运行状态
例如压缩系统处于自动运行状态，当切换到就地手动操作时，压缩系统不应停止，因此，接触器常开辅助接点KM必须把远程就地切换开关HS－RL并联在内。
3.2电气设备的停止应在远程和就地都能实现
考虑到电气设备的安全运行，在非正常状态下，来自任何地方的停止信号都要能停止电气设备，因此，远程停XS－STO和就地停HS－STO应串联在控制主回路中。
3.3联锁停存在时，远程和就地都不能启动电气设备
联锁信号用于紧急时刻，应能立即停止电气设备，联锁信号为保持信号，联锁存在时，XS－RIL一直保持为断开状态，并应串联在控制主回路中，保证远程和就地都不能启动电气设备。同时，应注意的是：当采用远程和就地都能操作电气设备的控制方案时，必须将XS－RIL信号从控制系统送去电气控制中心，保证电气设备得到有效的联锁，因而图1a所示的控制结构已不适合，推荐采用图4所示的控制程序结构。
4、PLC控制系统在电气设备自动控制中的设计
4.1要进行控制任务的分析评估
根据控制设计任务确定PLC的控制范围，PLC控制模块具有的全面性，要结合其使用功能和价格的各方面的考虑选择适配的模块选择。
4.2选择PLC系统型号
设计电气自动控设备系统的过程中，其中PLC是最重要部件，是否能够选择符合实际情况PLC会在一定程度上影响系统整体运行性能，因此，在选择PLC型号的时候需要充分分析经济指标以及技术指标，想要正确选择PLC型号应该有机结合相关参数，确保具备完全符合电气自动控制设备系统性能需求的设计规范。
4.3I/O模块点数的确定
电气设备自动控制系统设计中有关PLC输入、输出的数量与种类，决定了PLC在设计阶段所要确定的最终I/O模块点数，同时也要求技术人员要结合系统控制对象与PLC之间的信号关系，来对PLC控制系统中的储存器容量进行一个准确的估算。
4.4电气设备自动控制系统的设计
本文认为在PLC技术的支持下，电气设备自动控制系统设计中首先要遵循完整性原则，只有在这个基础上通过对电气设备自动控制系统软硬件的设计，才能确保整个电气设备自动控制系统的运行效率可以满足企业实际需求。电气设备自动控制系统硬件设计中以控制器设计、抗干扰设计以及电路连接设计等方面作为主要内容，而系统软件设计主要在于对PLC控制系统中控制程序的编写，其包括对整个系统硬件与软件的控制程序的编写。
4.5电气设备自动控制系统的调试
电气设备自动控制系统设计中对于PLC控制系统进行调试是最后一个环节，技术人员需要对整个PLC控制系统进行模拟调试和联机调试，系统模拟调试的目的在于确定整个电气设备自动控制系统的设计，能否满足电气设备运行中其生产工艺的控制要求，技术人员一般需要通过在系统外接入开关来发出模拟信号，通过观察输出端子处二极管的实时状态来对整个系统进行判断。系统联机调试主要是利用编程器来完成分级、分段的调试，并且要对整个系统的安全措施进行仔细的检查，确保整个电气设备自动控制系统不存在任何设计缺陷后才能使其投入使用。
5、结语
通过以上分析，可进一步总结出电气设备常用控制程序结构的适用场合，图1a一般运用于单独由自控系统控制的场合，图3c运用于远程就地均可操作的场合，同时，图3c中控制信号若为保持型（控制效果同图1d），并设置复位按钮，可以运用在大型电气设备或安全等级要求较高的场合。PLC自动控制技术对于电气设备自动控制系统来说可以简化继电器逻辑，这样不仅可以使整个电气设备自动控制系统得到简化，还能进一步提高电气设备自动控制系统运行中的功能性、稳定性、可靠性以及安全性。
参考文献：
[1]解怀仁 等．石油化工仪表控制系统选用手册[M]．北京：化学工业出版社，2010.
[2]金军.试论可编辑程序控制器（PLC）在电气控制中的应用[J].大观周刊，2013(05).
[3]王常力.分布式控制系统（DCS）设计与应用实例[M]．北京：电子工业出版社，2004.
论文作者:应堃
论文发表刊物:《电力设备》2016年第12期
论文发表时间:2016/8/29
标签：电气设备论文; 信号论文; 联锁论文; 控制程序论文; 系统论文; 自动控制系统论文; 控制系统论文; 《电力设备》2016年第12期论文;