电气仪表自动化控制中PLC技术的运用

张广岭

（山信软件股份有限公司莱芜自动化分公司，山东 济南 271104）

PLC技术在电气仪表自动化控制中的有效运用，既可以帮助技术人员快速查找出设备运行故障，精准地确定故障类型与位置，而且也能够将故障信息及时反馈给终端操作平台，进而为故障排除赢得了大量时间。在这一背景之下，工业生产企业充分利用和发挥PLC技术的功能优势，在保障电气仪表安全稳定运行的同时，使电气仪表的自动化与智能化发展进程得以持续稳步推进。

1 PLC硬件结构与工作原理

1.1 硬件结构组成

PLC即可编程逻辑控制器，其硬件结构主要由中央处理器、存储器、I/O接口电路、外设接口、编程器以及电源等组成。中央处理器是PLC当中的中枢控制单元，其功能与作用等同于人的大脑，一般由控制电路、运算器以及寄存器等分支单元组成，在PLC硬件结构中起到决定性作用。存储器可以细分为ROM只读存储器、RAM随机存储器以及EEPROM可电擦写存储器，顾名思义，这一硬件单元主要用来存储系统采集到的数据信息与应用程序。I/O接口电路由I/O单元以及扩展接口组成，I/O单元包括模拟量I/O单元与数字量I/O单元，而扩展接口主要是在输入与输出点数不足的情况下，可以利用该接口完成开关量控制与模拟量控制。外设接口主要是用来连接外部设备的接口电路，其中，外部设备主要包括显示器、图形编程器等，当外部设备接入系统之后，PLC可以通过电缆或者MPI卡与计算机主机相连，进而来完成程序编写、远程监控等基本任务。编程器一般来说属于一种具有编程功能的外围设备，当程序员将执行程序设置完毕，将直接进入到PLC的存储器当中，而且编程器还具有在线编辑与修改功能，如果发现程序编写出现错误，程序员可以随时在线进行修改，这就大大简化了工作流程，提高了工作效率。电源是为PLC持续提供电力能源，使其能够正常运行与工作的组成单元，在PLC内部，通常会设置一个稳压电源开关，当接通220V电源后，系统可以快速将其转化成为5V、12V、24V的直流电压，这样可以避免PLC内部组件烧损，PLC结构单元如图1所示。

图1 PLC结构单元

1.2 PLC工作原理

PLC的工作原理与计算机类似，可以简单的理解为程序写入与执行的过程，这一过程主要包括三个阶段，即输入处理阶段、程序执行阶段以及输出处理阶段。输入处理是将系统采集的用户数据与程序信息统一存储在寄存器当中，而程序输入往往是采用扫描输入的方式。在程序执行阶段，主要是在梯形图上面按照从上至下的顺序进行扫描，然后对I/O映象区状态与数据进行逻辑运算与处理。这一阶段每扫描一次，所有的用户程序都将执行一次。输出处理阶段是对经过处理的数据与程序进行刷新，再经由输出电路来驱动与之相对应的外部设施，PLC每执行一次输入与输出程序，即完成一个周期的扫描任务。通过这种循环往复地扫描执行流程，可以执行各种应用程序，进而驱动外部设备完成相应的动作[1]。

2 PLC在电气仪表自动化控制中的应用优势分析

2.1 灵敏度高

反应灵敏是PLC的一个显著特点，这主要是由于在PLC硬件结构中，通常使用的是辅助继电器，这就省去了时间继电器与中间继电器，进而也无需连接一些不必要的导线，这就使得数据传输时间大大缩减。而传统的继电器一方面需要考虑信号返回时间，另一方面连接导线接口较多，这就使得系统的反应速度受到严重影响。因此，PLC能够快速完成数据与程序的分析、运算、处理任务，整个系统的反应灵敏度也得到切实改善。

2.2 抗干扰能力强

众所周知，工业生产的外部环境较为复杂，整个生产流程常常伴随着高温、高压、粉尘等恶劣因素，在这种外部环境的影响下，电气仪表的故障率将大幅提升，使用寿命也会受到影响。而PLC运用了系统集成技术与微电子技术，不仅功能性强大，而且具有较强的抗干扰能力，能够抵御外界的各种干扰因素，特别在抵御电磁波辐射方面，表现的尤为突出。由于PLC超强的抗干扰能力，使得电气仪表发生故障的概率明显下降，同时，也使工业生产效率得到大幅提升。

2.3 操作流程便捷

传统的继电器不仅外部连接线路多，而且程序编写内容复杂，如果计算机知识与编程知识掌握的不牢固，那么将无法胜任编程工作。但是，应用PLC技术时，程序编写人员只需要对生产过程进行了解，然后对现有的程序进行修改和完善，即可以快速完成程序编写工作，这一操作过程不仅节省了大量时间，而且对编程人员的专业技术水平也没有严格的要求，同时，程序编写的学习过程比较轻松，编程人员也易于接受，在短时间内便可以熟练掌握编程技巧。

3 PLC技术在电气仪表自动化控制中的具体应用

3.1 设定和优化电气仪表参数

为了提高电气仪表自动化控制水平以及仪表的检测精度，在工业生产过程中，技术人员需要设定一个工作参数，并对参数进一步优化。比如以电气仪表压力与温度转换的模拟参数试验为例，在设定参数之前，应当结合下面这个数学转化公式：Q=IN*0.1，在公式当中，Q主要代表环境实际检测物理量，IN代表电气仪表环境检测点实际值，技术人员将采集到的各数据代入到公式当中，然后对各个参数进行转换，经过转换以后的参数直接传导至PLC控制总站，这时，技术人员根据这些参数可以快速绘制出仪表运行趋势图，并从趋势当中可以分析和判定电气设备的运行状态信息[2]。

比如网压表的量程为50KV，经过实地测量，其数值为170VAC，电机电压表的显示数值为3100V，实际测量值是15VDC，电机电流表量程是3000V，实际测量值是15VDC，供电电压表量程是3000V，实际测量值是15VDC，控制电压表量程是2000V，实际测量值是10VDC，控制电流表量程是200V，实际测量值是200VDC，制动电流表量程是200V，实际测量值是202ADC。通过参数转换可以得到精准的测量值，由此可以看出，在运用PLC技术之前，技术人员应当结合参数转换公式，合理设定电气仪表的各项运行参数，以保证电气仪表能够正常运行和工作。

3.2 电气仪表的故障预测

由于工业电气仪表处于一种持续运转状态，工业生产活动不中止，仪表的自动化控制程序也始终处于运行状态，因此，电气仪表的故障率相对较高。为了能够准确预测电气仪表的故障类型与产生的原因，技术人员可以通过试验的方法，并遵循校正原理对数据线性进行校正。在实验开始之前，技术人员首先可以电源的长时间使用入手，由于电源持续开启，在这一过程中，电源的散热性大幅降低，进而引发系统故障，针对这种情况，可以利用PLC技术对电源总线进行优化和改动，经过优化以后的线性方程是：（Dm-Dn）=m（Cm-Cn），在方程当中，D代表电气仪表各项数据的输入偏移值，m代表电路短路输入比，C代表仪表校正常数，n代表标准电源电压，一般为220V。通过故障预测试验可以得出以下结论：第一，后期维护对电气仪表设备的正常运行起到关键性作用，尤其在PLC技术的支持下，对电气仪表的工作环境提出了更高的要求，如果某一项指标出现偏差，都将严重影响仪表的正常运行。第二，为了保证故障预测的准确性，技术人员应当灵活运用PLC技术，不得夸大PLC技术的监测范围，这样，也将对故障预测结果产生不利影响。

3.3 人机交互界面

经过校正的电气仪表，其校正数据将统一存储在计算机当中，然后将这些数据直接传输至计算机局域网，这样一来，电气设备更容易接收到这些数据信息。为了进一步提升电气仪表的自动化控制水平，技术人员可以通过计算机特定监控界面对电气仪表进行有效控制。而这一过程完全可以运用PLC技术，来实现人机交互对话，在这种情况之下，终端操作人员能够对电气仪表进行远程操控，并准确调整各种运行参量。首先，电气仪表的相关运行参数可以借助于计算机的显示界面呈现出来，技术人员在界面上可以清晰直观地获取各种电气设备的运行状态信息。如果在监控过程中，发现某一个模拟量超出限位值，这时，系统将发出预警信号，技术人员根据这一反馈信息能够及时发现电气设备的运行故障，进而为故障排除节省了大量时间[3]。

3.4 试验参数与试验结论

试验参数与试验参照标准如表1所示。

表1 试验参数与试验参照标准

在PLC试验过程中，参与现场试验的技术人员应当熟练掌握电气仪表自动化控制方法，并对试验结果数据进行认真检测，以保证数据的真实性。由于影响试验结果的因素较多，故技术人员应当结合工业生产实际情况，对不符合标准要求的每一道生产工序的数据及时剔除，以确保试验能够正常进行。从表1当中可以看出，如果利用传统的控制方法，无法对电气仪表实现精准化控制，数据准确率相对较低，但是，如果将PLC技术与一个特定的计算机界面相融合，则可以大幅提升电气仪表的自动化控制精度。与此同时，就电气仪表而言，其工作模式较多，恰恰是PLC的这种安全稳定的运营环境，才使得电气仪表的自动化控制水平提升到了一个全新的高度，进而在促进我国工业经济持续增长方面发挥了不可替代的关键性作用。

4 结语

在电气仪表自动化控制中运用PLC技术，不仅可以快速查找出故障隐患与故障发生的准确位置，而且能够大幅提升电气仪表的自动化控制精度，进而为工业生产活动的高效展开提供了强大的技术支撑。基于此，工业生产企业应当不断对PLC技术进行优化创新，在确保电气仪表正常运行的同时，为推进我国工业自动化与智能化发展进程作出积极贡献。