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浅谈电气工程及其自动化在低压电器中继电器的应用

谢鑫 田佰洲

沈阳申元气体压缩机有限责任公司,辽宁沈阳,110000

摘要: 为了提高继电器的工作效率,分析了PLC在系统顺序、开关量和闭环系统控制中的应用。以继电器为对象,进行控制操作性能对比试验,验证应用效果。结果表明,该研究在电气自动控制领域具有可靠性、灵活性等特点,其应用能有效提高工作效率。
关键词: PLC;继电器;自动控制
DOI:10.12721/ccn.2025.157003
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电气设备是供电的重要载体和介质,主要包括发电机、变压器、电力线路、继电器等设备。这些设备的控制直接影响设备的运行状态,进而会直接影响供电的质量和效率[1-2]。在上述背景下,如何有效地控制继电器的运行具有重要的现实意义。

对于继电自动化控制,国内外都开展了相关研究。60年代初,国外开始研究DCS

发展并应用于实际控制管理[3]。中国从20世纪80年代开始引进和开发DCS。20世纪90年代,随着我国电力工业的快速发展,DCS在输配电设备控制中得到了高度关注和应用。但如今,随着电气设备智能化程度的不断提高,随着PLC的出现和发展,PLC的应用领域越来越多,甚至DCS的主导地位也逐渐被动摇。

因此,本文研究了基于PLC的继电器自动化控制。PLC(全称可编程控制器)以微处理器为整个系统的核心和大脑,有机融合了控制技术、互联网技术和计算机技术[4-6]。在PLC中,可以进行逻辑运算、算术运算和输出控制。研究分为三个部分:PLC研究与分析、控制算法研究和PLC控制效果分析。结果表明,与基于DCS的继电自动化控制相比,本文基于PLC的控制方法解决了兼容性问题,提高了控制可靠性,为我国电力系统的发展和建设提供了一定的支持和动力。

1 1 PLC技术概述

PLC主要由中央处理器(CPU)、存储器、I/O模块、输入/输出接口、编程器和电源组成。PLC的运行过程分为输入信号采集、程序执行和输出刷新三个阶段[7-8]

2PLC技术在继电自动化控制中的应用

2.1系统的顺序控制

PLC技术主要是通过对传统继电器控制元件的不断优化来加强控制顺序和灵敏度[9]。此外,它可以构成自动设备控制模块的一部分,并能有效地

实现自动化设备在运行过程中的自主控制,可以极大地避免因设备控制顺序失效、控制质量不佳而导致的各种问题。

2.2开关量控制

在电气自动控制中,积极改进和优化继电器是十分必要的,它能有效地降低控制操作的失败概率。为了提高电气自动控制系统的运行质量,可采用PLC开关量控制技术[10-11]。此外,该技术的应用可以实现整个系统的集中控制,改善系统实际应用中的不良部分,有效保证自动控制系统使用效率的持续提高。

2.3闭环系统的控制

在传统的电气自动控制系统中,水泵电机有多种启动方式。在系统的实际运行中,需要结合各个泵的运行情况来选择控制方式和控制状态[12]。PLC技术在闭环控制中的恰当应用不仅有效地提高了控制系统的安全性和可靠性,而且促进了持续改进。

3应用效果分析

为了检验基于PLC的继电器自动控制效果,对LRD热继电器的控制运行性能进行了测试,并以LRD热继电器基于DCS的自动控制效果作为对比项目。利用MATLAB/SIMULINK对整个试验进行了仿真和分析。

3.1第三热继电器

选择一种商用LRD热继电器作为实验控制对象。该继电器的额定电压为690 V,配有刻度盘lr、复位按钮、测试按钮和停止按钮。通过螺钉夹紧端子连接;“TH”防护处理,可用于湿热环境;正常工作环境温度为-20~+55℃,温度补偿环境温度为-20 ~+70℃;额定隔离电压1 000V,跳闸等级10 A,过载后能尽快恢复正常运行。

3.2液相色谱选择

目前,PLC的种类很多,所以PLC的选择非常重要,它关系到合适的PLC实现更好的兼容性和提高继电器。

控制自动化的质量和效率。在选择时应考虑以下原则:

(1)根据控制方案,选择PLC厂家和型号;

(2)控制设备所需的所有I/O点数,选择PLC数量大于或等于它;

(3)根据系统程序、用户程序、逻辑变量等信息的大小,选择内存大于其大小的PLC[14]

(4)根据要连接的设备数量,选择PLC适当的模拟输入和输出模块;

(5)根据需要选择要连接的设备类型,并充分考虑兼容性[15]

(6)根据资金情况,考虑经济性,选择价格合适的PLC。

3.4PLC兼容性分析

电气自动化设备控制的难点在于传统的DCS不能很好的兼容不同系统的服务器[13]。因此,本文中基于PLC的电气自动化设备控制的兼容性测试是在不同系统的服务器平台上进行的。面向PLC不同系统的不同系统的服务器都保证了正常运行,不存在DCS不兼容的情况,证明了这种方法克服了困难,在一定程度上证明了这种方法的性能。

3.5可靠性测试

虽然本次研究保证了PLC的兼容性,但不能完全保证整体控制的可靠性达到目标,还需要进一步的测试和分析。从响应速度、调整速度和稳态误差角度对对比试验数据的分析结果如下。

响应速度测试

采用本文的研究方法和基于DCS的继电自动控制方法进行了响应速度测试,并在相同的690 V DC电压下进行了安全性测试。通过25组实验,比较了两种方法下继电器安全控制的响应时间,分析了不同方法的响应速度。该方法的反应时间为0.31~0.36 s,基于DCS继电器的自动控制方法的反应时间为0.46~0.52s,对比数据,该研究方法的反应速度比基于DCS继电器的自动控制方法快。

3.5.2速度调整测试

设置采样周期为0.2 s,保证初始值相同,用两种方法测量继电器单个故障点后的调整时间,完成调整速度测试。本研究方法的最大调节时间为0.15 s,基于DCS继电器自动控制方法的最小调节时间为0.21。根据数据对比,由于采用了基于DCS继电器的自动控制方式,本研究方法的调节速度可以尽可能快地调节继电器故障。

稳态误差测试

稳态误差不需要考虑时间对误差的影响。在考虑其他性能指标的同时,稳态误差应尽可能小或小于允许的极限值。在初始值相同的情况下,分别对该研究方法和基于DCS继电器的自动控制方法的稳态误差进行了测试。该研究方法的稳态误差接近于零,基于DCS继电器的自动控制方法的稳态误差高于该研究方法。

综上所述,基于PLC控制的继电器响应速度和调节速度比基于DCS继电器自动化控制方法的继电器响应速度和调节速度更快,稳态误差小于0.001,证明该方法的可靠性更好。

3.6准确度测试

通过以上分析,验证了本研究的可靠性,但不能证明整体控制精度高于基于DCS继电器的自动控制方法,还需要进一步的测试和分析。

将继电器的完整寿命信号划分为1 000个数据段,将非零特征值及其对应的特征向量确定为综合特征值。假设继电器有控制回路故障,用两种方法诊断三相短路。本文提出的基于PLC控制的继电器精度高于基于DCS的继电器自动化控制方法,稳态误差为零,证明该方法的可靠性更好。

4结论

综上所述,本文将传统DCS的控制缺陷作为本文的难点,通过PLC和模糊PID算法信息进行控制研究,取得了良好的控制效果。

(1)这种方法解决了兼容性问题,可靠性大大提高。响应速度低于0.36 s,稳态误差接近于零,精度在80%以上。

(2)本研究工作还存在一些不完善的地方,即本实验建立的继电器仿真控制模型处于理想状态,没有考虑一些复杂的情况,因此得到的结果可能与实际情况有所不同,需要进一步完善其模型,优化仿真结果。

参考文献:

[1]杨志.继电器在电气工程及其自动化低压电器中的应用研究[J].当代化工研究,2020(21):68-69.

[2]郭长保,李玉苹.浅析继电器在电气工程及其自动化低压电器中的应用[J].电子世界,2020(17):148-149.

[3]蒋雯.继电器在电气工程及其自动化低压电器中的应用分析[J].电子测试,2020(17):119-120.

[4]胡福丽.PLC技术在电气工程及其自动化控制系统中的运用[J].当代化工研究,2019(17):55-56.

[5]纪东日.继电器在电气工程及其自动化低压电气中的实践[J].中外企业家,2019(31):108.