電氣監控系統的硬件設計與PLC控制技術的應用

張傳興

山東服裝職業學院信息工程系，山東泰安 271000

可編程控制器作為計算機家族的一員，是隨著工業發展的需求而誕生的。這種可編程邏輯控制系統具有反應快、可靠性強、操作簡單等優勢。在現代化的工業生產中出現了越來越多的模擬量以及數字量的控制裝置，例如壓力、溫度、計數等控制，而采用PLC解決自動控制問題具有極大的優勢。為此本文就電氣監控系統的中應用PLC進行了論述。

1 PLC的原理及特點

PLC組成結構如下，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據及狀態，并將其存儲與I/O映像區的相應單元。輸入完畢就可以進入后續的用戶程序執行階段，這一階段PLC通過由上而下的順序對用戶的程序進行掃描，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行邏輯運算，并根據運算的結果刷新邏輯線圈在系統中的對應狀態。最后是輸出刷新階段，在這一階段，CPU會按照I/O映像區中的數據及狀態刷新所有的輸出鎖存電路并輸出到電路驅動的相關外圓設備。

圖1 PLC組成結構

PLC具有以下明顯的特點：可靠性強。PLC具有極強的抗干擾能力，相比傳統繼電器技術更加適合于復雜的工業環境；反應快。由于PLC中將傳統的機械觸電繼電器替換為內部自定義的輔助繼電器，同時也取消了連接導線，而使用內部邏輯關系代替，為此就可以忽略其節點變位時間，不必考慮傳統繼電器的返回系數；操作簡單。

2 電氣監控的硬件設計

現場電動閾的最大優勢是所有的智能閾都是由兩線相互連接成的環路組成，最后只是將起始端與末端連接到主站的控制器。現場電動閾作為智能化的設計，不僅包含了豐富的診斷信息與數據，同時還能實現故障線路的屏蔽功能。當環路一旦出現短路、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，然后經過環路再從另一端口回來。而一旦線路發生異常，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路實現和主站控制器的正常通訊；而如果同時有兩處發生異常，此時兩處異常段都會被屏蔽，剩余的正常的智能閾還能經過兩個“臂狀”環路實現和主站控制器的正常通訊。

3 PLC在電氣監控系統中的應用

定時采集方式是電氣監控系統中主要的模擬量信號采集方式，可以講信號的采集周期設置為次/500ms。下圖1為電氣監控系統進行模擬信號定時采集的梯形圖，其中定時器T0.1以440020為指針數據區每500ms存儲30001通道的內容，并在完成存儲之后將指針值加1。若果指針加1后的數值沒有超出允許的數據范圍則繼續，如果超出了就應該將00000重新賦予指針，重新開始進行存儲區內的數據信息存儲。

圖1 定時采集的梯形圖

利用PLC實現電氣監控系統信息采集數據的功能主要有兩種方式：

1）首先是規定時間的方式進行數據采集。這種采集方式是在采集數據信息的基礎上，根據采集時間對電氣監控系統中被監控對象進行采集，并同時將采集到的數據信息存儲在數據存儲區；

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

數字儀表信號在以通信方式傳遞的過程中會出現系統現場儀表測試值與電氣系統采集數據存在差異的現象，為此可以通過通訊接口將需要傳輸的數據輸入到PLC的CII模塊，從而可以將一般的I/O信號與數字信號作為整體進行處理。對于采集的脈沖量，為了規避干擾問題的發生，可以通過定時中斷方式實現系統數據采集子程序以防止脈沖丟失。而如果采集的數據屬于模擬量，為了達到規避干擾的目的可以通過相應的數字濾波操作，例如對數據求平均值、加權平均等。

4 PLC發展趨勢

提升PLC的抗干擾能力。盡管PLC控制系統具有很好的抗干擾能力，但是對于一些電磁干擾過于強烈或者是生產環境極為惡劣的情況也會致使PLC控制系統的控制失誤或者運算失誤，從而導致正常的生產運行受到干擾。為此，在今后的一段時間內，不斷研發具備更高抗干擾能力的PLC系統，不斷的提升其在設計、安裝以及使用中的性能。

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

5 結論

經過實際的應用發現，利用PLC進行數據采集控制具有極大的優越性與可靠性。尤其是在和上位機脫離的狀態下，PLC依然可以達成預設的任務，從而極大地提升了電氣監控系統的可靠性、安全性。鑒于未來多種行業的生產過程具有不同的控制需要，為此PLC控制系統需要不斷開發新的產品，使得產品的規格更為齊全、性能更加優異，不斷促進自動化控制網絡、國際通用網絡以及人類電氣化的發展。

[1]陽憲惠.工業數據通訊與控制網絡[M].北京：清華大學出版社，2003.

[2]劉鍇，周海.深入淺出西門子s7-300 PLC[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.

[3]潘世永，鄭萍.工業控制網絡的體系結構口[J].電氣自動化，2003，25(4)：3-6.