鄭權(quán)

（煤炭工業(yè)合肥設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 安徽省合肥市 230041）

PLC 是以微處理器為核心，以數(shù)字形式進行指令傳輸，具有可編程性，能夠存儲編程文件、執(zhí)行邏輯算法、進行多種控制，主要服務(wù)于工業(yè)活動，實現(xiàn)儀表信號采集和設(shè)備控制。電氣儀表中引入PLC 技術(shù)，能夠提升電氣儀表控制的全面性，給出有效的技術(shù)方案，增強電氣儀表控制的高效性，保證電氣儀表使用安全性，具有一定的研究價值。

1 PLC的技術(shù)優(yōu)勢

PLC 技術(shù)可添加多種算法，顯著增強控制程序的數(shù)據(jù)處理能力，能夠使用各類工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，保證控制處理的高效性，表現(xiàn)出較強的環(huán)境抗干擾性能。PLC 控制結(jié)構(gòu)組成較為簡單，系統(tǒng)安裝具有較高的便捷性。PLC 技術(shù)可用于電氣儀表控制活動中，可以增強電氣儀表的智能控制效果。

2 電氣儀表使用PLC的控制方法

2.1 設(shè)計參數(shù)

電氣生產(chǎn)期間，生產(chǎn)單位會選擇“人工+PLC”的聯(lián)合形式，以此提升電氣生產(chǎn)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)監(jiān)測的全面性，及時獲取檢測結(jié)果，增強電氣儀表控制的高效性。以PLC 技術(shù)為出發(fā)點，電氣儀表控制期間，技術(shù)人員需合理設(shè)計控制參數(shù)，保證控制程序運行的有序性，強化控制程序的運行能力。電氣儀表內(nèi)部，PLC 技術(shù)表現(xiàn)出較強的數(shù)據(jù)采集能力。現(xiàn)有研究成果中，使用試驗形式梳理了電氣儀表各項參數(shù)的內(nèi)在轉(zhuǎn)換方法，總結(jié)試驗數(shù)據(jù)，獲得各類參數(shù)的內(nèi)在關(guān)系。通過合理加工處理數(shù)據(jù)，繪制成數(shù)據(jù)分析圖表，便于控制人員高效獲取電氣設(shè)備的運行情況。

2.2 完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

PLC 技術(shù)融合，可顯著提升電氣儀表運行能力。各類電氣項目中，電氣儀表的智能控制需求表現(xiàn)出差異性。在使用PLC 進行儀表控制時，需建立完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以此全面增強電氣工程的控制效果，促使電氣工程獲取較強的運行能力。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建時，需全面整合電氣工程可能使用的電氣儀表類型。依據(jù)儀表控制的實踐情況，逐步給出操作指導(dǎo)，完善控制編碼。在規(guī)范的控制條件下，積極展現(xiàn)PLC 技術(shù)價值，間接增強電氣工程的運行平穩(wěn)性。

2.3 開展PLC控制

電氣儀表運行產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，經(jīng)過人工修正處理后，可增強數(shù)據(jù)存儲的有效性。利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將儀表運行數(shù)據(jù)傳送至局域網(wǎng)，PLC 采集到電氣儀表數(shù)據(jù)后，合理分析運行參數(shù)，便于技術(shù)人員給出運維決策。技術(shù)人員需結(jié)合控制需求，準(zhǔn)確選用自動化元器。在實踐中，電子元器件使用時，工作人員應(yīng)做出實時監(jiān)測規(guī)劃，及時排查電子元器件的運行問題，延長電子元器件的使用時間，切實增加電氣儀表的使用性能，積極控制突發(fā)事故的發(fā)生次數(shù)。利用系統(tǒng)設(shè)定的監(jiān)控程序，可有效監(jiān)控電氣儀表的運行能力，高效回收電氣儀表運行的各項參數(shù)。技術(shù)人員利用實測數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)整理，實現(xiàn)遠程控制，切實增強了電氣程序控制的智能性。

2.4 測定儀表故障問題

電氣儀表在長時間工作的情況下，電源散熱能力會逐漸變小，散熱問題逐漸演變成系統(tǒng)故障問題。采取電源總線設(shè)計方法，應(yīng)用PLC 控制技術(shù)，可以提升電源系統(tǒng)優(yōu)化性，能夠有效降低系統(tǒng)故障的發(fā)生可能性，積極防控電源散熱形成的不利因素，增強電氣儀表運行的平穩(wěn)性。操作人員需全面學(xué)習(xí)電氣儀表的各類技術(shù)內(nèi)容，積極回避儀表運行可能出現(xiàn)的問題。實踐中，控制人員規(guī)范使用電氣儀表，及時開展各項故障監(jiān)測活動，高效落實數(shù)據(jù)校正工作，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠椒€(wěn)性，降低數(shù)據(jù)交互失誤率。數(shù)據(jù)校準(zhǔn)方法，如式（1）所示：

Dm-Dn=m（Cm-Cn） （1）

（1）式中，D 表示電氣儀表各類參數(shù)添加的偏移數(shù)，m表示電路短路的數(shù)據(jù)添加比值，C 表示儀表校正的一般數(shù)據(jù)，n 表示規(guī)范的電源電壓參數(shù)，多數(shù)情況下取值為220V。數(shù)據(jù)校準(zhǔn)時，需完成數(shù)據(jù)檢測，保證數(shù)據(jù)校準(zhǔn)結(jié)果的可用性，切實增強電氣儀表運行平穩(wěn)性。

3 電氣儀表智能監(jiān)管程序中PLC技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 開關(guān)量控制

3.1.1 控制思路

對各類電氣設(shè)備進行智能監(jiān)管工作，需全面調(diào)控電磁繼電器性能，保證開關(guān)量的控制質(zhì)量。開關(guān)量的調(diào)控質(zhì)量，極易受到開關(guān)組成、布線特點、客觀環(huán)境等多種因素的干擾。早期的電氣工程進行智能控制工作，整體控制質(zhì)量較低，會降低系統(tǒng)后續(xù)的運維效果。電磁繼電器系統(tǒng)內(nèi)部，內(nèi)置了開關(guān)量的調(diào)控程序。開關(guān)量的調(diào)控過程，會受到各類因素的干擾，難以保障開關(guān)量的控制質(zhì)量，增加系統(tǒng)后續(xù)運維的困難性。長時期的指令執(zhí)行過程，會增加系統(tǒng)緩存量，放慢系統(tǒng)運行速度，降低系統(tǒng)運行的準(zhǔn)確性。使用PLC 技術(shù)，能夠有效優(yōu)化繼電器的運行能力，使其開關(guān)量處于智能控制狀態(tài)，以此降低觸點故障可能性，保證繼電器運行能力。

3.1.2 技術(shù)方案

某電力技術(shù)高校，針對繼電器控制，合理引入PLC 技術(shù)，給出了繼電器控制的技術(shù)方案。系統(tǒng)控制期間，PLC 能夠持續(xù)優(yōu)化繼電器控制程序，增強繼電器的反應(yīng)靈敏性。單獨創(chuàng)建自控模塊，全面測定設(shè)備運行情況，以此有效降低設(shè)備控制誤差問題。開關(guān)量控制設(shè)計，積極減少控制失敗問題，保證電氣控制的高效性。以PLC 技術(shù)為主體的控制程序，使用LRD 繼電器為設(shè)備實例，進行控制檢測?？刂茀⒄战M的繼電器型號為“DCSLRD”。測定PLC 控制效果使用的LRD 繼電器，電壓標(biāo)準(zhǔn)值為690V，表盤參數(shù)為1r，含有“復(fù)位”、“測試”、“停止”多個功能鍵。設(shè)備運行的正常溫度范圍為-20℃至+55℃。溫度補償處理后，零下溫度范圍未改變，零上溫度增長至70℃。

PLC 選型需求：結(jié)合繼電器開關(guān)量的控制需求，綜合選定PLC 的生產(chǎn)組織、設(shè)備型號；參照繼電器控制需求的I/O監(jiān)測個數(shù)，所選PLC 的I/O 個數(shù)應(yīng)大于需求量，保證監(jiān)測的全面性；結(jié)合控制需求、人機交互、控制邏輯等因素，綜合選定PLC 的存儲設(shè)備；綜合考慮PLC 程序與電氣儀表、服務(wù)器、通訊網(wǎng)絡(luò)的兼容性；選擇經(jīng)濟性較高的PLC。綜合各個PLC 的選型需求，最終確定“MX-100”型號，作為繼電器控制的PLC 選型方案。MX-100 控制程序的技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1： MX-100 控制程序的技術(shù)參數(shù)

3.1.3 控制效果

兼容性測試。電氣智能控制的關(guān)鍵點：保證各類系統(tǒng)兼容性。PLC 技術(shù)引入后，測定電氣智能控制期間的兼容效果。測定結(jié)果為：3 種服務(wù)器、3 種數(shù)據(jù)庫、4 種網(wǎng)頁均運行正常。由此說明：各類服務(wù)器、數(shù)據(jù)程序，與PLC 系統(tǒng)均具有較強的兼容性，并未發(fā)生DCS 兼容異常問題。

控制平穩(wěn)性檢測。測定PLC 控制的平穩(wěn)性，測定結(jié)果：PLC 控制運行25 次，系統(tǒng)響應(yīng)平均值為0.322ms，系統(tǒng)調(diào)節(jié)速度平均值為0.132ms，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)偏差為0.0005；參照組DCS 控制運行25 次，系統(tǒng)響應(yīng)平均值為0.494ms，系統(tǒng)調(diào)節(jié)速度的平均值為0.222，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)偏差為0.0014。經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)：PLC 相比DCS，在響應(yīng)速度、系統(tǒng)調(diào)節(jié)速度、系統(tǒng)平穩(wěn)性三個方面，均有一定控制優(yōu)勢。

控制精度測試。以繼電器為控制目標(biāo)，選擇此設(shè)備運行期間的1000 個數(shù)據(jù)資料，假設(shè)設(shè)備控制回路存在異常，使用PLC、DCS 對比監(jiān)測設(shè)備故障問題。檢測結(jié)果為：1 次檢測時，PLC 故障檢測精準(zhǔn)性達到0.9；DCS 需進行至少3 次檢測，故障測定精準(zhǔn)性可達到0.82。由此發(fā)現(xiàn)：PLC 用于繼電器故障測定，表現(xiàn)出較高的測定精準(zhǔn)性，測定穩(wěn)態(tài)誤差近乎為零。

3.2 全環(huán)節(jié)控制

3.2.1 全環(huán)節(jié)控制需求

電氣設(shè)備智能控制過程中，系統(tǒng)運行的水泵電機表現(xiàn)出差異性的運行方式，相應(yīng)產(chǎn)生不同的運行效果?？墒褂肞LC進行全環(huán)節(jié)的電氣儀表監(jiān)管，監(jiān)測設(shè)備運行的異常性，給出相應(yīng)的控制決策，保證各類電氣儀表運行的安全性。電氣儀表是用于測定生產(chǎn)設(shè)備的各項電氣運行參數(shù)，比如電流、電壓等。使用PLC 技術(shù)進行全環(huán)節(jié)監(jiān)管，能夠高效回收各類生產(chǎn)設(shè)備的電力狀態(tài)，提升用電故障的防范效果。

3.2.2 技術(shù)方案

以傳動電機為主體，進行各個電氣組成的溫度監(jiān)測，以PLC 技術(shù)為主體，研發(fā)出溫度巡檢程序，從全環(huán)節(jié)視角全面落實溫度巡檢。測溫監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)如表2 所示。

表2： 測溫巡檢系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)

測溫巡檢系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)保障數(shù)據(jù)通訊的順暢性，明確數(shù)據(jù)讀寫的具體標(biāo)準(zhǔn)。例如，巡檢參數(shù)為：地址2，波特率參數(shù)為9800，校驗位“空缺”，數(shù)據(jù)位參數(shù)為“10”，停止位參數(shù)為“1”。持續(xù)獲取16 個實測結(jié)果，測得結(jié)果除以10，可獲得實測溫度參數(shù)。如果計算得出的數(shù)值為32767，則說明此監(jiān)測點存在傳感器斷線、接線不規(guī)范、物理量最大值異常等問題。

為了提高電氣儀表數(shù)據(jù)采集的效率，可采用總線橋的方式進行電氣儀表數(shù)據(jù)的傳輸，能夠提高數(shù)據(jù)交互速率，保證讀數(shù)準(zhǔn)確。通常在總線橋通訊設(shè)置中，PLC 通訊硬件位置的默認通訊地址設(shè)置為“1”，電氣儀表的通信地址可根據(jù)儀表類型進行分段劃分，也可順序設(shè)置排列。通訊總線在設(shè)置時，需結(jié)合多個儀表的通信規(guī)約，確保系統(tǒng)通訊參數(shù)的準(zhǔn)確性、全面性。參數(shù)設(shè)計完成時，通訊模塊內(nèi)置的通訊程序，會依照命令內(nèi)容，逐一發(fā)出通信請求，增加系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的順暢性。

通訊單元超時設(shè)計。以10ms 為一個時間組，超時參數(shù)為“32H”，H 表示數(shù)據(jù)類型為“16 進制”。如果命令傳出后，系統(tǒng)在10ms×50 的時間范圍內(nèi)，并未給出回答，則視為系統(tǒng)響應(yīng)超時。

通信單元參數(shù)設(shè)計。依據(jù)總線參數(shù)的設(shè)計需求，保證單個總線表層各類通信數(shù)據(jù)設(shè)計的相同性。

寄存器地址設(shè)計。訪問通訊單元獲取寄存器地址信息時，需進行地址-1 處理。如果數(shù)據(jù)傳入寄存器的讀數(shù)為“30527”，此數(shù)據(jù)為十進制，此時寄存器地址參數(shù)應(yīng)為256，轉(zhuǎn)化為16進制后，參數(shù)為“0100H”。

3.2.3 控制效果

測溫巡檢系統(tǒng)運行后，前期開發(fā)程序較為嚴謹，成本顯著減少了80%?，F(xiàn)場運行此測溫巡檢程序中，可在終端電阻固定的條件下，保證溫度參數(shù)交互有序性。為顯著加強測溫巡檢程序的抗干擾性能，選用RS485 通訊程序，另外添加一組120Ω 的電阻設(shè)備。經(jīng)實踐監(jiān)測發(fā)現(xiàn)：測溫巡檢系統(tǒng)整體布局簡明，投入成本較少、溫度監(jiān)測功能較為平穩(wěn)，測溫結(jié)果精準(zhǔn)性較高，可順應(yīng)PT100 電阻測溫的各項電氣控制需求，及時排查電阻溫度異常問題。

3.3 通信控制

3.3.1 通訊控制需求

PLC 控制期間，如果自身存在故障問題，可借助智能故障監(jiān)測程序，準(zhǔn)確找出系統(tǒng)故障方位，確定故障嚴重性，給出智能故障排除方案，保證電氣控制質(zhì)量。如果電氣設(shè)備存在安全風(fēng)險、質(zhì)量隱患，將會提升PLC 系統(tǒng)設(shè)計的無序性。PLC 程序會結(jié)合實際發(fā)生的故障問題，重新制定可行的邏輯分析方案，高效鎖定故障方位，給出故障警報信息。在電氣設(shè)備遠程監(jiān)測期間，需創(chuàng)建通信網(wǎng)絡(luò)，加強信息傳輸，給出有效的通信控制，積極排除通信數(shù)據(jù)失誤問題。PLC 技術(shù)能夠有效連接多個系統(tǒng)，保證電氣儀表遠程監(jiān)管的平穩(wěn)性。

3.3.2 通訊控制技術(shù)方案

（1）技術(shù)圖。某單位在控制提升機時，選擇“PN/DP”類型的控制程序，進行PLC 控制設(shè)備開發(fā)，全面測定現(xiàn)場設(shè)備的電氣工況，增加現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)管效果。生產(chǎn)現(xiàn)場電氣控制情況：共使用3 臺變頻設(shè)備，可保證3 臺風(fēng)機的控制效果；設(shè)有6 臺溫控設(shè)備，用于測定變壓器溫度參數(shù)；6臺電流表，用于測定高壓柜電流的正常性。引入PLC 技術(shù)后，可保障檢測數(shù)據(jù)通信質(zhì)量。系統(tǒng)添加了一組總線橋，保證PLC 與各項設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊質(zhì)量。各電氣設(shè)備的通訊控制框架圖，如圖1 所示。

圖1： 各電氣設(shè)備的通訊控制框架圖

通訊控制程序中，含有2 個通信線路：

①DP 通信，以PLC 為主要技術(shù)，PB 用作從站；

②RTU 通信，以PB 為通訊主站，各類被測設(shè)備為從站。PB 獲取的電氣儀表數(shù)據(jù)，能夠保證DP 與RTU 處于有效映射狀態(tài)，以此提升各系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的通信質(zhì)量。

（2）參數(shù)設(shè)計。PLC 與PB 進行線路通信時，需參照DP 的通訊要求，使用規(guī)范連接器、DP 線纜進行系統(tǒng)連接。變頻設(shè)備、溫控設(shè)備、電流儀表與總線連接時，應(yīng)參看RS485 的操作要求，選擇雙絞屏蔽線路，以菊花鏈形式組建成拓撲結(jié)構(gòu)，保障系統(tǒng)連接質(zhì)量。RTU 通信設(shè)計期間，應(yīng)保證各處通訊規(guī)范的一致性。通信參數(shù)方案為：波特率大小為“9600”，數(shù)據(jù)修正為“偶校驗”，數(shù)據(jù)位設(shè)計值為“8”，停止位參數(shù)為“1”。變頻器參數(shù)設(shè)計的技術(shù)方案如表3 所示。

表3： 變頻器參數(shù)設(shè)計的技術(shù)方案

3.3.3 PLC 控制過程

（1）PLC 組態(tài)。在PLC 編程系統(tǒng)中添加GSD 文件，選擇組態(tài)設(shè)計界面，點擊“選項（0）”，載入GSD 文件，完成GSD 文件的載入操作。PLC 組態(tài)設(shè)計時，需創(chuàng)建DP通信總線。結(jié)合PLC 的真實組態(tài)情況，進行PLC 設(shè)計。在“MPI/DP”位置選擇左鍵，雙擊后獲得DP 總線。找出PLC項目，將DP 地址參數(shù)設(shè)計為“3”。DP 通信傳輸速度參數(shù)設(shè)計為187.5kbit/s?？偩€位置的DP 地址設(shè)計時，DP 位置參數(shù)設(shè)計為“4”，同步設(shè)計總線橋硬件位置DP 撥碼參數(shù)為“4”。RTU 參數(shù)設(shè)計時，波特率參數(shù)添加為“9600”，校驗選擇“偶校驗”，停止位選擇“1”，其余參數(shù)不做改變處理。

（2）PLC 監(jiān)控。運行PB 數(shù)據(jù)通信程序，運行結(jié)果為：“start_M”掃描結(jié)果的I/O 地址為Q0.0。運行PLC 測定變頻器的運行情況。右鍵點擊變頻器的對應(yīng)地址，點擊“監(jiān)視/修改”功能鍵，即可獲取變頻器的所在位置、運行情況。反饋字段為“16#0003”時，此時變頻器并未運行。顯示字段為“16#0021”時，此時是異步電機運行?；貍髯侄螢椤?6#0021”，說明變頻器運行無異常?！?6#010C”，監(jiān)測變頻器的設(shè)備類型。通過“修改”功能，可調(diào)整變頻器的頻率參數(shù)。PLC 可用于溫控設(shè)備、電流儀表的檢測，檢測方法與變頻器一致。

PLC 運行期間，表現(xiàn)出控制操作的簡單性、系統(tǒng)控制的靈活性，能夠增強系統(tǒng)運行平穩(wěn)性，保證電氣儀表的檢測質(zhì)量。

4 結(jié)論

綜上所述，PLC 技術(shù)表現(xiàn)出較強的計算能力，不易受到各類因素的干擾，系統(tǒng)適應(yīng)性較強。在實際檢測電氣儀表期間，可進行個性化控制編程，有效降低控制成本，能夠獲取更高的控制收益。實踐中，對繼電器、設(shè)備電阻、各類電氣儀表信息傳輸進行有效通信，可順應(yīng)各類電氣儀表的監(jiān)測需求，最大程度地發(fā)揮PLC 技術(shù)的控制功能。