PLC 技术在电气仪表自动化控制中的应用

郑权

（煤炭工业合肥设计研究院有限责任公司 安徽省合肥市 230041）

PLC 是以微处理器为核心，以数字形式进行指令传输，具有可编程性，能够存储编程文件、执行逻辑算法、进行多种控制，主要服务于工业活动，实现仪表信号采集和设备控制。电气仪表中引入PLC 技术，能够提升电气仪表控制的全面性，给出有效的技术方案，增强电气仪表控制的高效性，保证电气仪表使用安全性，具有一定的研究价值。

1 PLC的技术优势

PLC 技术可添加多种算法，显著增强控制程序的数据处理能力，能够使用各类工业生产环境，保证控制处理的高效性，表现出较强的环境抗干扰性能。PLC 控制结构组成较为简单，系统安装具有较高的便捷性。PLC 技术可用于电气仪表控制活动中，可以增强电气仪表的智能控制效果。

2 电气仪表使用PLC的控制方法

2.1 设计参数

电气生产期间，生产单位会选择“人工+PLC”的联合形式，以此提升电气生产各环节数据监测的全面性，及时获取检测结果，增强电气仪表控制的高效性。以PLC 技术为出发点，电气仪表控制期间，技术人员需合理设计控制参数，保证控制程序运行的有序性，强化控制程序的运行能力。电气仪表内部，PLC 技术表现出较强的数据采集能力。现有研究成果中，使用试验形式梳理了电气仪表各项参数的内在转换方法，总结试验数据，获得各类参数的内在关系。通过合理加工处理数据，绘制成数据分析图表，便于控制人员高效获取电气设备的运行情况。

2.2 完善技术标准

PLC 技术融合，可显著提升电气仪表运行能力。各类电气项目中，电气仪表的智能控制需求表现出差异性。在使用PLC 进行仪表控制时，需建立完整的技术标准，以此全面增强电气工程的控制效果，促使电气工程获取较强的运行能力。技术标准创建时，需全面整合电气工程可能使用的电气仪表类型。依据仪表控制的实践情况，逐步给出操作指导，完善控制编码。在规范的控制条件下，积极展现PLC 技术价值，间接增强电气工程的运行平稳性。

2.3 开展PLC控制

电气仪表运行产生的各类数据，经过人工修正处理后，可增强数据存储的有效性。利用网络通讯技术，将仪表运行数据传送至局域网，PLC 采集到电气仪表数据后，合理分析运行参数，便于技术人员给出运维决策。技术人员需结合控制需求，准确选用自动化元器。在实践中，电子元器件使用时，工作人员应做出实时监测规划，及时排查电子元器件的运行问题，延长电子元器件的使用时间，切实增加电气仪表的使用性能，积极控制突发事故的发生次数。利用系统设定的监控程序，可有效监控电气仪表的运行能力，高效回收电气仪表运行的各项参数。技术人员利用实测数据，进行数据整理，实现远程控制，切实增强了电气程序控制的智能性。

2.4 测定仪表故障问题

电气仪表在长时间工作的情况下，电源散热能力会逐渐变小，散热问题逐渐演变成系统故障问题。采取电源总线设计方法，应用PLC 控制技术，可以提升电源系统优化性，能够有效降低系统故障的发生可能性，积极防控电源散热形成的不利因素，增强电气仪表运行的平稳性。操作人员需全面学习电气仪表的各类技术内容，积极回避仪表运行可能出现的问题。实践中，控制人员规范使用电气仪表，及时开展各项故障监测活动，高效落实数据校正工作，保证数据传输的平稳性，降低数据交互失误率。数据校准方法，如式（1）所示：

Dm-Dn=m（Cm-Cn） （1）

（1）式中，D 表示电气仪表各类参数添加的偏移数，m表示电路短路的数据添加比值，C 表示仪表校正的一般数据，n 表示规范的电源电压参数，多数情况下取值为220V。数据校准时，需完成数据检测，保证数据校准结果的可用性，切实增强电气仪表运行平稳性。

3 电气仪表智能监管程序中PLC技术的具体应用

3.1 开关量控制

3.1.1 控制思路

对各类电气设备进行智能监管工作，需全面调控电磁继电器性能，保证开关量的控制质量。开关量的调控质量，极易受到开关组成、布线特点、客观环境等多种因素的干扰。早期的电气工程进行智能控制工作，整体控制质量较低，会降低系统后续的运维效果。电磁继电器系统内部，内置了开关量的调控程序。开关量的调控过程，会受到各类因素的干扰，难以保障开关量的控制质量，增加系统后续运维的困难性。长时期的指令执行过程，会增加系统缓存量，放慢系统运行速度，降低系统运行的准确性。使用PLC 技术，能够有效优化继电器的运行能力，使其开关量处于智能控制状态，以此降低触点故障可能性，保证继电器运行能力。

3.1.2 技术方案

某电力技术高校，针对继电器控制，合理引入PLC 技术，给出了继电器控制的技术方案。系统控制期间，PLC 能够持续优化继电器控制程序，增强继电器的反应灵敏性。单独创建自控模块，全面测定设备运行情况，以此有效降低设备控制误差问题。开关量控制设计，积极减少控制失败问题，保证电气控制的高效性。以PLC 技术为主体的控制程序，使用LRD 继电器为设备实例，进行控制检测。控制参照组的继电器型号为“DCSLRD”。测定PLC 控制效果使用的LRD 继电器，电压标准值为690V，表盘参数为1r，含有“复位”、“测试”、“停止”多个功能键。设备运行的正常温度范围为-20℃至+55℃。温度补偿处理后，零下温度范围未改变，零上温度增长至70℃。

PLC 选型需求：结合继电器开关量的控制需求，综合选定PLC 的生产组织、设备型号；参照继电器控制需求的I/O监测个数，所选PLC 的I/O 个数应大于需求量，保证监测的全面性；结合控制需求、人机交互、控制逻辑等因素，综合选定PLC 的存储设备；综合考虑PLC 程序与电气仪表、服务器、通讯网络的兼容性；选择经济性较高的PLC。综合各个PLC 的选型需求，最终确定“MX-100”型号，作为继电器控制的PLC 选型方案。MX-100 控制程序的技术参数如表1 所示。

表1： MX-100 控制程序的技术参数

3.1.3 控制效果

兼容性测试。电气智能控制的关键点：保证各类系统兼容性。PLC 技术引入后，测定电气智能控制期间的兼容效果。测定结果为：3 种服务器、3 种数据库、4 种网页均运行正常。由此说明：各类服务器、数据程序，与PLC 系统均具有较强的兼容性，并未发生DCS 兼容异常问题。

控制平稳性检测。测定PLC 控制的平稳性，测定结果：PLC 控制运行25 次，系统响应平均值为0.322ms，系统调节速度平均值为0.132ms，系统稳态偏差为0.0005；参照组DCS 控制运行25 次，系统响应平均值为0.494ms，系统调节速度的平均值为0.222，系统稳态偏差为0.0014。经对比发现：PLC 相比DCS，在响应速度、系统调节速度、系统平稳性三个方面，均有一定控制优势。

控制精度测试。以继电器为控制目标，选择此设备运行期间的1000 个数据资料，假设设备控制回路存在异常，使用PLC、DCS 对比监测设备故障问题。检测结果为：1 次检测时，PLC 故障检测精准性达到0.9；DCS 需进行至少3 次检测，故障测定精准性可达到0.82。由此发现：PLC 用于继电器故障测定，表现出较高的测定精准性，测定稳态误差近乎为零。

3.2 全环节控制

3.2.1 全环节控制需求

电气设备智能控制过程中，系统运行的水泵电机表现出差异性的运行方式，相应产生不同的运行效果。可使用PLC进行全环节的电气仪表监管，监测设备运行的异常性，给出相应的控制决策，保证各类电气仪表运行的安全性。电气仪表是用于测定生产设备的各项电气运行参数，比如电流、电压等。使用PLC 技术进行全环节监管，能够高效回收各类生产设备的电力状态，提升用电故障的防范效果。

3.2.2 技术方案

以传动电机为主体，进行各个电气组成的温度监测，以PLC 技术为主体，研发出温度巡检程序，从全环节视角全面落实温度巡检。测温监控系统的技术参数如表2 所示。

表2： 测温巡检系统的技术参数

测温巡检系统设计时，应保障数据通讯的顺畅性，明确数据读写的具体标准。例如，巡检参数为：地址2，波特率参数为9800，校验位“空缺”，数据位参数为“10”，停止位参数为“1”。持续获取16 个实测结果，测得结果除以10，可获得实测温度参数。如果计算得出的数值为32767，则说明此监测点存在传感器断线、接线不规范、物理量最大值异常等问题。

为了提高电气仪表数据采集的效率，可采用总线桥的方式进行电气仪表数据的传输，能够提高数据交互速率，保证读数准确。通常在总线桥通讯设置中，PLC 通讯硬件位置的默认通讯地址设置为“1”，电气仪表的通信地址可根据仪表类型进行分段划分，也可顺序设置排列。通讯总线在设置时，需结合多个仪表的通信规约，确保系统通讯参数的准确性、全面性。参数设计完成时，通讯模块内置的通讯程序，会依照命令内容，逐一发出通信请求，增加系统数据交互的顺畅性。

通讯单元超时设计。以10ms 为一个时间组，超时参数为“32H”，H 表示数据类型为“16 进制”。如果命令传出后，系统在10ms×50 的时间范围内，并未给出回答，则视为系统响应超时。

通信单元参数设计。依据总线参数的设计需求，保证单个总线表层各类通信数据设计的相同性。

寄存器地址设计。访问通讯单元获取寄存器地址信息时，需进行地址-1 处理。如果数据传入寄存器的读数为“30527”，此数据为十进制，此时寄存器地址参数应为256，转化为16进制后，参数为“0100H”。

3.2.3 控制效果

测温巡检系统运行后，前期开发程序较为严谨，成本显著减少了80%。现场运行此测温巡检程序中，可在终端电阻固定的条件下，保证温度参数交互有序性。为显著加强测温巡检程序的抗干扰性能，选用RS485 通讯程序，另外添加一组120Ω 的电阻设备。经实践监测发现：测温巡检系统整体布局简明，投入成本较少、温度监测功能较为平稳，测温结果精准性较高，可顺应PT100 电阻测温的各项电气控制需求，及时排查电阻温度异常问题。

3.3 通信控制

3.3.1 通讯控制需求

PLC 控制期间，如果自身存在故障问题，可借助智能故障监测程序，准确找出系统故障方位，确定故障严重性，给出智能故障排除方案，保证电气控制质量。如果电气设备存在安全风险、质量隐患，将会提升PLC 系统设计的无序性。PLC 程序会结合实际发生的故障问题，重新制定可行的逻辑分析方案，高效锁定故障方位，给出故障警报信息。在电气设备远程监测期间，需创建通信网络，加强信息传输，给出有效的通信控制，积极排除通信数据失误问题。PLC 技术能够有效连接多个系统，保证电气仪表远程监管的平稳性。

3.3.2 通讯控制技术方案

（1）技术图。某单位在控制提升机时，选择“PN/DP”类型的控制程序，进行PLC 控制设备开发，全面测定现场设备的电气工况，增加现场设备的监管效果。生产现场电气控制情况：共使用3 台变频设备，可保证3 台风机的控制效果；设有6 台温控设备，用于测定变压器温度参数；6台电流表，用于测定高压柜电流的正常性。引入PLC 技术后，可保障检测数据通信质量。系统添加了一组总线桥，保证PLC 与各项设备的数据通讯质量。各电气设备的通讯控制框架图，如图1 所示。

图1： 各电气设备的通讯控制框架图

通讯控制程序中，含有2 个通信线路：

①DP 通信，以PLC 为主要技术，PB 用作从站；

②RTU 通信，以PB 为通讯主站，各类被测设备为从站。PB 获取的电气仪表数据，能够保证DP 与RTU 处于有效映射状态，以此提升各系统监测数据的通信质量。

（2）参数设计。PLC 与PB 进行线路通信时，需参照DP 的通讯要求，使用规范连接器、DP 线缆进行系统连接。变频设备、温控设备、电流仪表与总线连接时，应参看RS485 的操作要求，选择双绞屏蔽线路，以菊花链形式组建成拓扑结构，保障系统连接质量。RTU 通信设计期间，应保证各处通讯规范的一致性。通信参数方案为：波特率大小为“9600”，数据修正为“偶校验”，数据位设计值为“8”，停止位参数为“1”。变频器参数设计的技术方案如表3 所示。

表3： 变频器参数设计的技术方案

3.3.3 PLC 控制过程

（1）PLC 组态。在PLC 编程系统中添加GSD 文件，选择组态设计界面，点击“选项（0）”，载入GSD 文件，完成GSD 文件的载入操作。PLC 组态设计时，需创建DP通信总线。结合PLC 的真实组态情况，进行PLC 设计。在“MPI/DP”位置选择左键，双击后获得DP 总线。找出PLC项目，将DP 地址参数设计为“3”。DP 通信传输速度参数设计为187.5kbit/s。总线位置的DP 地址设计时，DP 位置参数设计为“4”，同步设计总线桥硬件位置DP 拨码参数为“4”。RTU 参数设计时，波特率参数添加为“9600”，校验选择“偶校验”，停止位选择“1”，其余参数不做改变处理。

（2）PLC 监控。运行PB 数据通信程序，运行结果为：“start_M”扫描结果的I/O 地址为Q0.0。运行PLC 测定变频器的运行情况。右键点击变频器的对应地址，点击“监视/修改”功能键，即可获取变频器的所在位置、运行情况。反馈字段为“16#0003”时，此时变频器并未运行。显示字段为“16#0021”时，此时是异步电机运行。回传字段为“16#0021”，说明变频器运行无异常。“16#010C”，监测变频器的设备类型。通过“修改”功能，可调整变频器的频率参数。PLC 可用于温控设备、电流仪表的检测，检测方法与变频器一致。

PLC 运行期间，表现出控制操作的简单性、系统控制的灵活性，能够增强系统运行平稳性，保证电气仪表的检测质量。

4 结论

综上所述，PLC 技术表现出较强的计算能力，不易受到各类因素的干扰，系统适应性较强。在实际检测电气仪表期间，可进行个性化控制编程，有效降低控制成本，能够获取更高的控制收益。实践中，对继电器、设备电阻、各类电气仪表信息传输进行有效通信，可顺应各类电气仪表的监测需求，最大程度地发挥PLC 技术的控制功能。