电气监控系统的硬件设计与PLC控制技术的应用

张传兴

山东服装职业学院信息工程系，山东泰安 271000

可编程控制器作为计算机家族的一员，是随着工业发展的需求而诞生的。这种可编程逻辑控制系统具有反应快、可靠性强、操作简单等优势。在现代化的工业生产中出现了越来越多的模拟量以及数字量的控制装置，例如压力、温度、计数等控制，而采用PLC解决自动控制问题具有极大的优势。为此本文就电气监控系统的中应用PLC进行了论述。

1 PLC的原理及特点

PLC组成结构如下，其原理可以大致的分为三个阶段：首先是输入采样阶段。在这一阶段，PLC通过扫描的方式依次的读取输入数据及状态，并将其存储与I/O映像区的相应单元。输入完毕就可以进入后续的用户程序执行阶段，这一阶段PLC通过由上而下的顺序对用户的程序进行扫描，对于每一条梯形图，扫描的顺序总是遵循着先左后右以及先上后下的顺序进行逻辑运算，并根据运算的结果刷新逻辑线圈在系统中的对应状态。最后是输出刷新阶段，在这一阶段，CPU会按照I/O映像区中的数据及状态刷新所有的输出锁存电路并输出到电路驱动的相关外圆设备。

图1 PLC组成结构

PLC具有以下明显的特点：可靠性强。PLC具有极强的抗干扰能力，相比传统继电器技术更加适合于复杂的工业环境；反应快。由于PLC中将传统的机械触电继电器替换为内部自定义的辅助继电器，同时也取消了连接导线，而使用内部逻辑关系代替，为此就可以忽略其节点变位时间，不必考虑传统继电器的返回系数；操作简单。

2 电气监控的硬件设计

现场电动阈的最大优势是所有的智能阈都是由两线相互连接成的环路组成，最后只是将起始端与末端连接到主站的控制器。现场电动阈作为智能化的设计，不仅包含了丰富的诊断信息与数据，同时还能实现故障线路的屏蔽功能。当环路一旦出现短路、开路、接地故障等，智能阈会自动的将故障线路段从线路中屏蔽掉，从而保证了线路上的智能阈可以正常的与主站控制器进行通讯。其具体的评比控制原理可以简述为：在线路正常的情况下，两条线路中只有一条起作用，而另一条是冗余的。通讯信号沿着一条线路从主站控制器的一个端口流出，然后经过环路再从另一端口回来。而一旦线路发生异常，异常线路段就会被线路的阈门屏蔽，此时故障段两边的智能阈依然可以通过各自的环路实现和主站控制器的正常通讯；而如果同时有两处发生异常，此时两处异常段都会被屏蔽，剩余的正常的智能阈还能经过两个“臂状”环路实现和主站控制器的正常通讯。

3 PLC在电气监控系统中的应用

定时采集方式是电气监控系统中主要的模拟量信号采集方式，可以讲信号的采集周期设置为次/500ms。下图1为电气监控系统进行模拟信号定时采集的梯形图，其中定时器T0.1以440020为指针数据区每500ms存储30001通道的内容，并在完成存储之后将指针值加1。若果指针加1后的数值没有超出允许的数据范围则继续，如果超出了就应该将00000重新赋予指针，重新开始进行存储区内的数据信息存储。

图1 定时采集的梯形图

利用PLC实现电气监控系统信息采集数据的功能主要有两种方式：

1）首先是规定时间的方式进行数据采集。这种采集方式是在采集数据信息的基础上，根据采集时间对电气监控系统中被监控对象进行采集，并同时将采集到的数据信息存储在数据存储区；

2）然后还一种方式是采集时间不定的方式进行数据采集，这种方式主要是为了对被采集量进行有效地控制，从而根据前面采集信息的变化来调整下一步的采集工作，并将每次采集数据的时间记录下来。如果预测被采集数据信息的波动较小，可以通过选择时间变化的信息采集方式，达到节约数据存储区的目的。一般在电气监控系统中使用定时采集，每次采集现场模拟信号的周期定位500ms。计数输入可以选用PLC的高速计数单元进行数据的采集，采集的频率可以通过相应的中断功能获得。

数字仪表信号在以通信方式传递的过程中会出现系统现场仪表测试值与电气系统采集数据存在差异的现象，为此可以通过通讯接口将需要传输的数据输入到PLC的CII模块，从而可以将一般的I/O信号与数字信号作为整体进行处理。对于采集的脉冲量，为了规避干扰问题的发生，可以通过定时中断方式实现系统数据采集子程序以防止脉冲丢失。而如果采集的数据属于模拟量，为了达到规避干扰的目的可以通过相应的数字滤波操作，例如对数据求平均值、加权平均等。

4 PLC发展趋势

提升PLC的抗干扰能力。尽管PLC控制系统具有很好的抗干扰能力，但是对于一些电磁干扰过于强烈或者是生产环境极为恶劣的情况也会致使PLC控制系统的控制失误或者运算失误，从而导致正常的生产运行受到干扰。为此，在今后的一段时间内，不断研发具备更高抗干扰能力的PLC系统，不断的提升其在设计、安装以及使用中的性能。

网络化以及数字化。目前在火电系统中，DCS技术逐渐的普及并逐步成熟，只是近几年的发展较为缓慢，而PLC作为发展迅速的技术，使得二者在发展的过程中相互吸收、利用，并逐渐发展成为新的控制系统—FCS系统。

5 结论

经过实际的应用发现，利用PLC进行数据采集控制具有极大的优越性与可靠性。尤其是在和上位机脱离的状态下，PLC依然可以达成预设的任务，从而极大地提升了电气监控系统的可靠性、安全性。鉴于未来多种行业的生产过程具有不同的控制需要，为此PLC控制系统需要不断开发新的产品，使得产品的规格更为齐全、性能更加优异，不断促进自动化控制网络、国际通用网络以及人类电气化的发展。

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