電氣監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計與PLC控制技術(shù)的應(yīng)用

張傳興

山東服裝職業(yè)學(xué)院信息工程系，山東泰安 271000

可編程控制器作為計算機(jī)家族的一員，是隨著工業(yè)發(fā)展的需求而誕生的。這種可編程邏輯控制系統(tǒng)具有反應(yīng)快、可靠性強(qiáng)、操作簡單等優(yōu)勢。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)了越來越多的模擬量以及數(shù)字量的控制裝置，例如壓力、溫度、計數(shù)等控制，而采用PLC解決自動控制問題具有極大的優(yōu)勢。為此本文就電氣監(jiān)控系統(tǒng)的中應(yīng)用PLC進(jìn)行了論述。

1 PLC的原理及特點(diǎn)

PLC組成結(jié)構(gòu)如下，其原理可以大致的分為三個階段：首先是輸入采樣階段。在這一階段，PLC通過掃描的方式依次的讀取輸入數(shù)據(jù)及狀態(tài)，并將其存儲與I/O映像區(qū)的相應(yīng)單元。輸入完畢就可以進(jìn)入后續(xù)的用戶程序執(zhí)行階段，這一階段PLC通過由上而下的順序?qū)τ脩舻某绦蜻M(jìn)行掃描，對于每一條梯形圖，掃描的順序總是遵循著先左后右以及先上后下的順序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果刷新邏輯線圈在系統(tǒng)中的對應(yīng)狀態(tài)。最后是輸出刷新階段，在這一階段，CPU會按照I/O映像區(qū)中的數(shù)據(jù)及狀態(tài)刷新所有的輸出鎖存電路并輸出到電路驅(qū)動的相關(guān)外圓設(shè)備。

圖1 PLC組成結(jié)構(gòu)

PLC具有以下明顯的特點(diǎn)：可靠性強(qiáng)。PLC具有極強(qiáng)的抗干擾能力，相比傳統(tǒng)繼電器技術(shù)更加適合于復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境；反應(yīng)快。由于PLC中將傳統(tǒng)的機(jī)械觸電繼電器替換為內(nèi)部自定義的輔助繼電器，同時也取消了連接導(dǎo)線，而使用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替，為此就可以忽略其節(jié)點(diǎn)變位時間，不必考慮傳統(tǒng)繼電器的返回系數(shù)；操作簡單。

2 電氣監(jiān)控的硬件設(shè)計

現(xiàn)場電動閾的最大優(yōu)勢是所有的智能閾都是由兩線相互連接成的環(huán)路組成，最后只是將起始端與末端連接到主站的控制器。現(xiàn)場電動閾作為智能化的設(shè)計，不僅包含了豐富的診斷信息與數(shù)據(jù)，同時還能實(shí)現(xiàn)故障線路的屏蔽功能。當(dāng)環(huán)路一旦出現(xiàn)短路、開路、接地故障等，智能閾會自動的將故障線路段從線路中屏蔽掉，從而保證了線路上的智能閾可以正常的與主站控制器進(jìn)行通訊。其具體的評比控制原理可以簡述為：在線路正常的情況下，兩條線路中只有一條起作用，而另一條是冗余的。通訊信號沿著一條線路從主站控制器的一個端口流出，然后經(jīng)過環(huán)路再從另一端口回來。而一旦線路發(fā)生異常，異常線路段就會被線路的閾門屏蔽，此時故障段兩邊的智能閾依然可以通過各自的環(huán)路實(shí)現(xiàn)和主站控制器的正常通訊；而如果同時有兩處發(fā)生異常，此時兩處異常段都會被屏蔽，剩余的正常的智能閾還能經(jīng)過兩個“臂狀”環(huán)路實(shí)現(xiàn)和主站控制器的正常通訊。

3 PLC在電氣監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

定時采集方式是電氣監(jiān)控系統(tǒng)中主要的模擬量信號采集方式，可以講信號的采集周期設(shè)置為次/500ms。下圖1為電氣監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行模擬信號定時采集的梯形圖，其中定時器T0.1以440020為指針數(shù)據(jù)區(qū)每500ms存儲30001通道的內(nèi)容，并在完成存儲之后將指針值加1。若果指針加1后的數(shù)值沒有超出允許的數(shù)據(jù)范圍則繼續(xù)，如果超出了就應(yīng)該將00000重新賦予指針，重新開始進(jìn)行存儲區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)信息存儲。

圖1 定時采集的梯形圖

利用PLC實(shí)現(xiàn)電氣監(jiān)控系統(tǒng)信息采集數(shù)據(jù)的功能主要有兩種方式：

1）首先是規(guī)定時間的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。這種采集方式是在采集數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，根據(jù)采集時間對電氣監(jiān)控系統(tǒng)中被監(jiān)控對象進(jìn)行采集，并同時將采集到的數(shù)據(jù)信息存儲在數(shù)據(jù)存儲區(qū)；

2）然后還一種方式是采集時間不定的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這種方式主要是為了對被采集量進(jìn)行有效地控制，從而根據(jù)前面采集信息的變化來調(diào)整下一步的采集工作，并將每次采集數(shù)據(jù)的時間記錄下來。如果預(yù)測被采集數(shù)據(jù)信息的波動較小，可以通過選擇時間變化的信息采集方式，達(dá)到節(jié)約數(shù)據(jù)存儲區(qū)的目的。一般在電氣監(jiān)控系統(tǒng)中使用定時采集，每次采集現(xiàn)場模擬信號的周期定位500ms。計數(shù)輸入可以選用PLC的高速計數(shù)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，采集的頻率可以通過相應(yīng)的中斷功能獲得。

數(shù)字儀表信號在以通信方式傳遞的過程中會出現(xiàn)系統(tǒng)現(xiàn)場儀表測試值與電氣系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)存在差異的現(xiàn)象，為此可以通過通訊接口將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)輸入到PLC的CII模塊，從而可以將一般的I/O信號與數(shù)字信號作為整體進(jìn)行處理。對于采集的脈沖量，為了規(guī)避干擾問題的發(fā)生，可以通過定時中斷方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集子程序以防止脈沖丟失。而如果采集的數(shù)據(jù)屬于模擬量，為了達(dá)到規(guī)避干擾的目的可以通過相應(yīng)的數(shù)字濾波操作，例如對數(shù)據(jù)求平均值、加權(quán)平均等。

4 PLC發(fā)展趨勢

提升PLC的抗干擾能力。盡管PLC控制系統(tǒng)具有很好的抗干擾能力，但是對于一些電磁干擾過于強(qiáng)烈或者是生產(chǎn)環(huán)境極為惡劣的情況也會致使PLC控制系統(tǒng)的控制失誤或者運(yùn)算失誤，從而導(dǎo)致正常的生產(chǎn)運(yùn)行受到干擾。為此，在今后的一段時間內(nèi)，不斷研發(fā)具備更高抗干擾能力的PLC系統(tǒng)，不斷的提升其在設(shè)計、安裝以及使用中的性能。

網(wǎng)絡(luò)化以及數(shù)字化。目前在火電系統(tǒng)中，DCS技術(shù)逐漸的普及并逐步成熟，只是近幾年的發(fā)展較為緩慢，而PLC作為發(fā)展迅速的技術(shù)，使得二者在發(fā)展的過程中相互吸收、利用，并逐漸發(fā)展成為新的控制系統(tǒng)—FCS系統(tǒng)。

5 結(jié)論

經(jīng)過實(shí)際的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，利用PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集控制具有極大的優(yōu)越性與可靠性。尤其是在和上位機(jī)脫離的狀態(tài)下，PLC依然可以達(dá)成預(yù)設(shè)的任務(wù)，從而極大地提升了電氣監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、安全性。鑒于未來多種行業(yè)的生產(chǎn)過程具有不同的控制需要，為此PLC控制系統(tǒng)需要不斷開發(fā)新的產(chǎn)品，使得產(chǎn)品的規(guī)格更為齊全、性能更加優(yōu)異，不斷促進(jìn)自動化控制網(wǎng)絡(luò)、國際通用網(wǎng)絡(luò)以及人類電氣化的發(fā)展。

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