基于PLC技術的海上平臺電氣儀表自動化控制

周世鑫 孟軍曉 中海石油（中國）有限公司天津分公司

采用PLC技術對電氣儀表進行自動化控制，有效地消除了傳統(tǒng)電氣儀表自動化控制的缺點和不足，提高了自動化控制的安全性。該方法簡單高效，可廣泛應用，它可有效地促進自動化電氣控制的發(fā)展?；诖耍疚闹攸c分析了基于PLC技術的海上平臺電氣儀表的自動化控制。

一、PLC技術的工作原理及其核心技術

PLC是一種可編程邏輯控制器，它通過內(nèi)容存儲器存儲程序，然后根據(jù)相關指令執(zhí)行邏輯操作，有效地執(zhí)行指令。PLC可對內(nèi)部指令進行完整的分析，內(nèi)部指令在分析后，在控制信號的幫助下，將控制信號傳送到執(zhí)行端，這些指令通過中央單元以循環(huán)的方式執(zhí)行，從而執(zhí)行任務。PLC技術的特點是精度高、效率高、執(zhí)行能力強，這使得傳統(tǒng)的方法對復雜的操作過程有了很大的改變，提高工作效率與質(zhì)量。PLC是一種基于信息通信技術的系統(tǒng)，與計算機技術相結合，具有廣泛的應用前景，其精確和高效，大幅提高了工作效率。

PLC技術得到了廣泛的應用，涵蓋了技術的各個方面，主要是對最核心控制技術的分析。PLC的主要控制技術包括CPU、電源、存儲元件、I/O模塊組成，這四部分的協(xié)調(diào)使控制得以進行。中央處理器可根據(jù)相應系統(tǒng)自動調(diào)整和變動，具有一定的靈活性，可連接到各種外部設備，接收和分析不同類型的指令。電源是整個控制系統(tǒng)的基礎，提供開關功能，確保系統(tǒng)正常運行。I/O端口用于連接外部設備和系統(tǒng)，以便進行信息傳輸和交換。存儲器用于存儲數(shù)據(jù)，在需要時提供數(shù)據(jù)，并以快速和準確的方式向系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。

二、PLC技術在電氣儀表自動化控制中的優(yōu)勢

1.應用簡單。首先，通過PLC技術，其在不連接其他電氣設備的情況下能實現(xiàn)對設備的自動控制，因而提高了電氣儀表的控制效率，簡化了其安裝。其次，基于PLC技術的設備特點通常是一個簡單明了的操作界面，并且電氣儀表操作規(guī)程清晰明了，使工作人員經(jīng)一定的培訓后能迅速掌握具體的操作方法，從而有效避免了操作人員失誤造成的問題。最后，PLC具有報警功能。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)會立即檢測到故障并發(fā)出報警，由于PLC屬于多控制模塊，所以也可通過更換控制模塊來恢復控制的正常狀態(tài)，將故障所帶來影響降到最低，從而為維修工作帶來便利。

2.可靠性高。PLC技術在控制中采用大型集成電路，其能提高控制器的穩(wěn)定性。同時，在電氣儀表生產(chǎn)中采用了抗干擾處理的生產(chǎn)工藝，使生產(chǎn)的控制器具有一定的抗干擾能力。另外，輸入電路、電源、輸出電路均單獨設置接口，避免了線路間的干擾；此外，利用屏蔽、穩(wěn)壓等保護儀表內(nèi)部電源，其能有效提高PLC技術的穩(wěn)定性。因此，PLC技術的穩(wěn)定性不僅體現(xiàn)在一點或多點方面，而是體現(xiàn)在多方面的結合上。而且還對PLC采取了密封、接地和安裝防震外殼等措施，這樣能有效應對不利條件，最大限度地減少外界環(huán)境因素對儀表的影響，使其具有較高的穩(wěn)定性與適應性。

三、電氣儀表在海上采油平臺電氣自動化中的應用

1.數(shù)據(jù)收集和處理。海上平臺電氣儀表使用間隔級單元實現(xiàn)對各個電氣設備相關數(shù)據(jù)的收集，例如模擬量、數(shù)值量等，包括開關、CT、PT等。同時，利用間隔級單元對采集到的輸入量進行數(shù)字化濾波，轉(zhuǎn)換工程質(zhì)量，運行情況監(jiān)測、故障診斷及刻度計算等相關處理措施，進而產(chǎn)生能進行數(shù)字計算和通訊的正常狀態(tài)，全面收集各類實時數(shù)據(jù)，從而有效更新間隔級單元和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

2.統(tǒng)計計算。海上平臺電氣儀表還具有統(tǒng)計計算功能，主要對相關數(shù)據(jù)進行實時統(tǒng)計計算，如形成的電流、電壓等相關數(shù)據(jù)因素，電量等的極值、平均值、具體發(fā)生時間、設備實際動作次數(shù)、保護動作次數(shù)等，提供相關計算函數(shù)，進而滿足用戶使用要求，進行其它統(tǒng)計計算。

3.自動控制和保護功能。在大多數(shù)情況下，高壓設備和大電流開關設備的體積龐大，其主要功能是控制系統(tǒng)，完成合、分閘。在設備運行明顯異常的情況下，只有一套更完整的自動運行設備才能有效調(diào)控供電系統(tǒng)。在實際工作中，其應用技術繁多，包括電機自動化技術、信息信號處理技術、電子通信技術等，實現(xiàn)對相關儀表設備功能的優(yōu)化和整合，例如：測量儀、自動裝置等，進而達到全面監(jiān)控、自動化測量及控制、保護和通信調(diào)度的目的，因此自動化控制具有全面性。

四、基于PLC技術的海上平臺電氣儀表自動化控制方法

1.對電氣儀表參數(shù)進行合理設置。以PLC技術為基礎的電氣儀表自動控制方法已得到了廣泛應用，效果明顯，可對工作周邊環(huán)境進行有效監(jiān)測分析，并能保證數(shù)據(jù)收集的全面性和合理性。結合工作現(xiàn)狀展開分析，企業(yè)在進行產(chǎn)品生產(chǎn)前，其中一項重要內(nèi)容便是對相關數(shù)據(jù)信息進行檢測，同時需保證其準確性。以往工作模式中多使用信號燈等裝置進行設備運行檢測作業(yè)，但不能準確分析設備的實際運行情況。要深入了解其運行情況，則需在其中加設電氣儀表，這樣才能有效提高工作水平和自動化控制水平。本次設計中主要對電氣儀表參數(shù)進行合理設定，進而實現(xiàn)對儀表自身自動化功能的改善。通過PLC實現(xiàn)對設備數(shù)據(jù)信息的有效收集，內(nèi)容涵蓋了壓力、溫度等參數(shù)。結合相關公式，將檢測值轉(zhuǎn)換為物理量，其公式為：

式中：P主要指檢測點的物理量；IN主要指檢測點的實時值。

完成轉(zhuǎn)換作業(yè)后，將完成設置的參數(shù)上傳在控制站平臺，結合設備運行參數(shù)對運行趨勢進行繪制作業(yè)，此方法有助于工作人員了解設備的運行狀態(tài)。

2.電氣儀表故障預測。在實際應用PLC時，系統(tǒng)具有較高的故障發(fā)生風險，設計人員在設計時，需保證電源在長期穩(wěn)定運行狀態(tài)，因使用時間較長，會導致其散熱性能下滑，進而引發(fā)故障問題。為有效解決上述問題，需對總線設計進行一定的優(yōu)化和改善。其中斷路器和接觸器對主電路具有重要作用，能加強對設備的控制，減少故障發(fā)生風險。繼電器和接觸器功能的聯(lián)系，能產(chǎn)生控制邏輯，提高自動化控制水平。基于這一情況，由于需要進行控制的設備類型繁多，因此工作人員要在技術室完成操作。同時控制方法包括就地、集中控制，兩種方法存在明顯差異，對工作人員專業(yè)能力有較高要求。所以將其應用于電氣儀表故障檢測中能解決相關問題。完成故障檢測后，為了確保傳輸數(shù)據(jù)的準確性，需通過穩(wěn)定性較好的元器件，合理調(diào)整其中的誤差情況，并對其進行校正。

參數(shù)的設計是為了實現(xiàn)設備的自動化控制，在校正過程中，現(xiàn)場測試設備的穩(wěn)定性與安全性，綜合分析數(shù)據(jù)問題，在具體環(huán)節(jié)，首先，取出內(nèi)測設備和待測部件，分開測試，并要注意維護問題。PLC技術對周圍環(huán)境有更高的要求，若某一指標存在故障，會導致發(fā)生設備風險問題，因此工作人員需提高維護保養(yǎng)水平。其次，對傳感器等一系列硬件配置來說，硬件配置程度對故障檢測效果有決定性作用。最后，范圍問題，不要盲目擴大檢測范圍，可能會影響成本。

3.海上平臺電氣儀表自動化控制。完成參數(shù)校正工作后，需對其進行儲存。系統(tǒng)再將其傳輸?shù)焦ぷ髡?，通過Web服務器將儀表信息傳送到局域網(wǎng)內(nèi)，這一流程十分便捷。電氣元器件的作用十分重要。自動化元件的選擇直接影響電氣儀表自動化控制的效果，因此工作人員需對其進行合理選擇，這樣才能確保系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定運行狀態(tài)下。在自動化控制環(huán)節(jié)，還需對元器件耐久度進行全面、實時的監(jiān)測，并對全部檢測參數(shù)和設備運行情況數(shù)據(jù)進行全面、實時傳輸。其中遠程監(jiān)控是主要組成部分之一，其能使用動態(tài)化圖形及報警等形式提高自動化控制水平，并且在這一過程中全面收集現(xiàn)場傳輸相關數(shù)據(jù)信息，例如工藝流程相關參數(shù)、設備運行參數(shù)等。以人機對話形式為基礎，實現(xiàn)對設備的遠程設置，對工藝檢測參數(shù)進行全面控制。

通過對遠程監(jiān)控界面的應用有助于了解設備運行參數(shù)，并根據(jù)參數(shù)運行繪制曲線，深入了解其運行情況。數(shù)據(jù)的收集也是一項重要的工作內(nèi)容，主要為對控制器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行全面掃描及有效處理，若數(shù)據(jù)范圍不合理則會自動報警。除上述工作內(nèi)容外，相關人員需深入分析數(shù)據(jù)變化，這些都需使用控制器完成。在對通信進行設計時，用戶可將數(shù)據(jù)收集裝置得到的信息儲存于儲存器中，通過網(wǎng)絡傳輸?shù)较到y(tǒng)，通過TCP協(xié)議，對現(xiàn)有網(wǎng)絡功能加以利用，防止資源流失，從而保證傳輸信息的精準及傳輸?shù)耐〞场?/p>