PLC技术在电气仪表自动化控制中的应用

安佳琪

三峡电力职业学院，湖北宜昌，443000

0 引言

现阶段，电气仪表控制对象范围越来越广，其控制目标也变得更为复杂，因此，电气仪表自动化控制的可靠性提升也就变得尤为重要。再加上传统的电气仪表控制系统技术相对落后，仍然需要以半人工形式完成整个工序的开展，需要耗费大量的人力物力，其程序调试手段已经无法满足当今社会日益发展的硬性需求。所以，要想提升电气自动化的效率与品质，就必须充分利用PLC技术，使其能够与电气工程相结合，以更好地融入企业的生产需求，缩短其日后步入正式工业应用的磨合时间，推动集成电路行业与软件行业的高质量发展。

1 PLC的技术优势

PLC技术能够充分利用现代化的低压配电网网络基础设备，同时无需额外的布线设置，采用“NoNewWires”技术，有效提升资源的利用率。同时PLC技术还可以添加多种算法，能够显著提高电气仪表控制设备的数据处理能力，能够有效适应周围的工业生产环境，能够在信号干扰的环境下表现出抗干扰性能，并且PLC技术相对于传统控制设备，其组织结构较为简易化，在现场的安装设置中无需耗费大量时间，可在第一时间运用至电气仪表控制活动，以此来增强电气仪表的智能控制效果[1]。

2 PLC技术重要作用分析

PLC技术是一种可扩展的可编程控制器，它在处理能力、扩展性、冗余等方面有明显的优点。它主要和现代的计算机所产生的先进管理方法相结合，PLC设备的主要工作机理是，利用设备上的输入/输出功能，把实时信息和装置情况及时读取到控制系统中，然后再通过中央处理器按照编写的工作流程，对逻辑关系加以管理，最后再由系统输出模块传递管理信息，从而达到对不同量值参数之间的逻辑控制[2]。在20世纪60年代早期，PLC技术就已经具备了存储电气仪器设备自动化控制内部程序的基本能力，它还能够将它们应用于内部存储器的操作指令上，并通过先进的数字模拟技术和输入输出连接功能，来完成在各种机械化系统中的操作。随着先进科技的不断引进，PLC设备已经从一定意义上具有了“智能化”的特点，能够准确判断客户所发送的正确命令，有效防止设备上错误操作指令的产生，完成客户所对应的操作要求，完成扫描信息、传送数据等大量的生产动作，可以将工作中所需要的各种工作轨迹转化成实际的编程控制行为，并按照具体的情况对机器进行修改或添加，使机器实现自动化和智能化的工作，从而对电气工程的自动化和智能化提供重要的技术支持。

3 PLC技术在电气仪表中的自动化控制方法

3.1 设计参数拟定

在电力生产中，多数公司都会采用“人工+PLC”的方式，并对设备的相关参数进行适当调整，实现集中控制、计算机控制、无线遥控、定时控制等多种智能控制，确保功能正常实施，有效改进现代化电力设备的自动化运行效果。电子仪器设备中，可编程控制器的功能就是对有关数据进行采集。已有研究人员通过实验来仿真仪器的参数变换，并将其与监控数据相结合，在降低数据冗余的同时，也提高了系统的工作效率，具体的仿真转化关系为：

式中，Q为环境实际检测物理量，IN为仪表环境检测点实际值。

一般情况下，人员必须预先将参数设置好，然后通过对公式进行赋值，确定各个字母之间相对应的关系，并把转化后的实际数据计入趋势图，让人员能够更为直观地对其进行分析与计算，以便正确地对电气设备的运行状态进行评估。此时，可编程控制器技术已显示出了较为可观的数据收集功效。已有的研究结果都是采用测试方式对各种测试指标进行本征转化，对测试结果进行归纳，得到各种指标之间的本征关系。对数据进行合理的加工处理，并将其制作成数据分析图表，从而对电气设备回路的相关参数展开分析，便于控制人员高效获取电气设备的运行情况[3]。

3.2 完善PLC的技术指标

PLC技术的集成可以大大提高电子仪器的操作性能。在出现不同类型的工程时，对电子设备所发出的智能化指令也会有所不同。在利用PLC对仪器进行控制的时候，需要构建出一套完备的技术标准，并将重点放在对软件部分的模块化设计和过程设计上，由技术人员进行修正之后，再将电气仪表的数据保存在电脑中，由系统将其传送到对应的工作站，再由Web服务端将其传送到计算机局域网，将其转化为网络数据包，再由网络向PC服务器发送，并将有关数据转化为串口数据，再向PLC发送。通过分析得出的结果，为电力自动化装置的检修提供依据。此外，在使用过程中，技术人员必须对其进行实时监控，以确保能够及时发现问题并处理，进一步提高其使用寿命，从而在保障电气设备正常运转的前提下，减少意外事件的出现概率，避免造成设备损耗。

3.3 测定仪表的故障现象

以PLC为基础的电气仪器在实际工作中，通常不允许停电，各种电器的电源都是保持开启状态的，如此一来，随着时间的推移，电源的散热功能就会下降，从而引起系统的故障。通过对功率母线的设计与优化，可以有效地减少功率母线的耗散，减少功率母线对电力系统带来的不利影响。随着可编程控制器技术的发展，工业生产中的许多装备都采用可编程控制器和HMI控制器，使其自动化水平得到进一步提高。在此基础上，实现了电子仪器的稳定运行，实现了电子仪器的人机交互。当系统发生问题时，能够在最短的时间内得到解决和恢复。然而，为了让PLC技术的作用得到最大程度的发挥，在使用电气仪表的过程中，还需要持续监测设备的运行状况，并对电量数据进行持续分析，进行趋势分析，时刻监测用电曲线。为了能够更好地进行电力装备数据的测量，人们必须对所获得的数据进行矢量化处理，并对处理后的数据进行查询、计算修正。修正数据通常是通过公式来实现的：

式中，D为电气仪表各项数据输入偏移值，m为电路短路输入比，C为仪表校正常数，n为标准电源电压。

在此基础上，提出了一种新的设计方法，即在变换器的切换频率和基波的频率之间选择合适的频率。对数据进行校正时，需要对校正的结果进行可行性分析，从而使校正的数据保持完整，并将其危害降到最低。在纠正数据时，要做好数据安全性能测试，还要注意对与其有关的设备进行保养，以确保其工作状态良好。在电气仪表自动化控制计划中，若是情况指标和参数出现了误差数值，那在仪表实际运行过程当中，就会加大产生妨碍征象的可能性，继而影响全部电气系统的安全可靠性。因此，在电气设备实际的管理计划中，可编程操作对于维护工作而言是尤为重要的。因为只有重视对仪器设备的日常维护，对工作环境的各项指标和参数都进行有效控制，才能防止在仪表运行的过程中数据出现失真现象[4]。

4 电气仪表智能监管程序中PLC技术的具体应用

4.1 总体结构设计

PLC系统主要包括三个部分，即控制器、通信模块和通信端口。其中，控制器负责对电气仪表的数据进行采集，然后利用相关的软件程序，将采集到的数据进行分析和处理，最后将结果反馈给用户。通信模块主要负责对数据传输过程中出现的问题进行及时处理，并将结果反馈给控制器。通信端口主要负责对电气仪表数据进行收集和传输，并将相关数据传输到控制器中。控制器根据通信模块所提供的数据，对电气仪表的运行状态进行实时监控。PLC技术要求通过连接继电器的控制元素，来对继电器展开自动化的控制。PLC类似于一种微型计算机，具有相类似的硬件结构，主要由CPU、显示面板、I/O板、内存和电源等构件组成，构成图如图1所示。在PLC的共同协作下，自动化仪器设备可以借助神经网络、专家系统和模糊控制等方法，通过对整个控制系统的全方位掌握，将继电器控制端连接起来，构成一个智能网络，采用输入控制指令，将其转换成工作中所需的各种工作轨迹，并按照具体的情况，对各种自动化机械动作进行修改或添加，让设备能够实现复杂化的兼容操作，代替计数器、时间继电器等，大幅度减少设备设施的安装时间，节省人力成本。

图1 PLC 构成图

4.2 控制思路

要实现各种电力设备的智能化监控，就必须对电磁继电器的特性进行综合调整，虽然电气仪表智能监管程序本身就具备较高的可靠性，但如果PLC开关信号所输入的信号出现错误，那么模拟信号也会出现较大的数值误差，PLC输出口的控制执行机构将无法按照要求进行制定动作，最终导致控制过程出现错误，为企业带来较大的经济损失。因此，为了能够实现基于PLC的电气仪表智能监管程序，不仅要考虑其可靠度，而且要计入元件老化和环境变化等不可控因素，利用PLC技术，对继电器的操作能力进行有效优化，通过现场控制柜对电气仪表进行远程监控，并将其各类控制思路反馈给用户，从而降低系统的经济成本，实现电气仪表智能监管程序的自动化运行，并改善系统的整体性能。

4.3 技术方案

4.3.1 需求分析

在设计PLC电气自动化控制系统时，PLC的选型需求主要包括两个方面：一是所选PLC的I/O数量应当大于实际需求量，以保证监测的全面性；二是通信端口。首先，在通信端口方面，PLC系统采用的是串口通信方式，这种方式相对于传统的网络通信方式而言，具有一定的优势，能够有效避免由于网络通信速度慢而导致的通信延迟问题，能够对控制策略进行灵活改变，从而形成多元化的控制方案。

4.3.2 技术原理分析

PLC技术在电气仪表智能监管程序中的运用，主要包括两个方面：一是在数据采集过程中，通过将相关数据传输到PLC中，然后利用PLC对相关数据进行分析，从而实现电气仪表的远程控制；二是在设备运行过程中，PLC对设备进行远程监控。在完成上述操作流程之后，可以将结果以数据的形式反馈给PLC。然后再将PLC所获取到的数据进行分析和处理。最后将结果反馈给用户。

4.4 设备试验

4.4.1 试验要求

在系统的开发过程中，要对系统的界面、功能、性能以及兼容性等方面进行检测，确保系统能够满足设计要求，建立完善的管控一体化系统[5]。

4.4.2 试验对象

本文主要选用B600Y-2010多功能电力仪表作为试验对象，选取了该设备在操作过程中的1000个数据，假定设备的控制回路出现了异常，使用PLC和DCS进行对比，对设备的故障进行监控。

试验结果如下。标准组：PLC设备循环控制运转25次，平均的系统响应时间是0.422ms，平均的系统调整速率是0.232ms；参照组：DCS循环控制运转25次，平均系统响应时间为0.594ms，系统调整速率为0.228ms。

通过对上述数据分析可以得出，与常规继电器控制相比，PLC应用于继电保护的测量，具有较高的测量精度，随着电气仪表设备的性能提升，PLC控制在速度、精度、鲁棒性上均有较大的提高，能够最大程度地保障设备的系统响应时间与程序循环周期。

5 结语

总而言之，PLC技术呈现出的计算能力是毋庸置疑的，该技术能够结合多样化的配电网络基础设施，在复杂环境下也能让电气化设备维持良好的抗干扰性能，在实际的电气仪表设备测量期间，更是可以利用设备进行自定义的可控制编程，降低日常运行过程中的控制成本，继而为企业获取利润。