鋼鐵廠PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

郭穎

摘要：鋼鐵廠PLC控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)為工業(yè)而設(shè)計(jì)，是以微處理為基礎(chǔ)，結(jié)合了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信和自動(dòng)控制系統(tǒng)，目前在鋼鐵廠越來越別廣泛的應(yīng)用。鋼鐵廠PLC控制系統(tǒng)對(duì)鋼廠的廢氣、廢水、除塵、設(shè)備維護(hù)等發(fā)揮著重要作用，其具有強(qiáng)大的抗干擾性，安全性能及其穩(wěn)定。本文對(duì)影響PLC控制系統(tǒng)的可靠性因素加以分析，分別從硬件和軟件兩方面著手，研究提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)措施。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng) 可靠性 抗干擾性 軟硬件設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2015）03-0006-01

隨著社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)鋼鐵企業(yè)迅速發(fā)展，小型、中型、大型鋼鐵廠蓬勃增長(zhǎng)，因此，必須對(duì)鋼鐵廠進(jìn)行有效控制，方能達(dá)到生產(chǎn)安全與經(jīng)濟(jì)效益雙豐收的目的。PLC控制系統(tǒng)是當(dāng)今各大鋼鐵廠順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流而采用管理鋼鐵廠的有效手段。其由PLC（可編程控制器）和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成，專為鋼鐵工業(yè)而設(shè)計(jì)，其數(shù)字化的操控為鋼鐵廠節(jié)約了成本、維護(hù)了設(shè)備、安全的生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益的提高等。

1 PLC概述

1.1 PLC性能特點(diǎn)及工作原則

PLC是以微型處理器為基礎(chǔ)，它包括中心管理處理器、主機(jī)、延展機(jī)箱、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及外部配套設(shè)備，在鋼鐵廠具體操作配以繼電器、接觸器、各類開關(guān)、正負(fù)極位置、傳感器、儀表機(jī)、安全保護(hù)器、接線盒子、發(fā)電機(jī)、電源線、地線、信號(hào)線等，具有高度的可靠性與穩(wěn)定性。其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于各類電器集成系統(tǒng)，綜合了算計(jì)、自動(dòng)化控制、智能化網(wǎng)絡(luò)通信等先進(jìn)技術(shù)，極大的促進(jìn)了鋼鐵廠現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)管理的自動(dòng)化。

1.2 PLC工作標(biāo)準(zhǔn)

PLC工作的環(huán)境必須具備以下標(biāo)準(zhǔn)：①溫度。電子化大型設(shè)備或機(jī)器在工作時(shí)常常會(huì)發(fā)熱，迅速提高周圍的環(huán)境溫度，因此，必須控制設(shè)備的工作環(huán)境溫度在-℃，周圍安裝通風(fēng)裝置；②濕度。電器設(shè)備等都具有導(dǎo)電性，因此必須保持周圍空氣具有一定的濕度，以達(dá)到絕緣的功能；③機(jī)器工作時(shí)應(yīng)使其遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的振動(dòng)源；④PLC安裝裝置必須是密閉性較好的室內(nèi)，并用空氣凈化裝置凈化PLC周圍環(huán)境；⑤電源。電源線路應(yīng)該設(shè)置在屏蔽層，用隔離變壓器和串線接濾電流，變壓器與電源之間采用雙紋粗線連接[1]。

2 造成PLC控制系統(tǒng)的可靠性不穩(wěn)定的原因

2.1 空間性輻射的干擾

空間性輻射主要來自電磁場(chǎng)內(nèi)的電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備、無線電廣播設(shè)備、雷達(dá)、高頻率感應(yīng)器及加熱設(shè)備等，其輻射源較為強(qiáng)大，直接對(duì)PLC的通信網(wǎng)絡(luò)造成極其不穩(wěn)定的后果。

2.2 電波干擾

電波覆蓋面積廣，一般在空間電磁負(fù)荷上影響感應(yīng)電壓和電路，造成大型電力設(shè)備起停、電網(wǎng)短路或中斷、交直流傳動(dòng)裝置錯(cuò)位等。此時(shí)，PLC一般采用隔離電源，由于其結(jié)構(gòu)及制造工藝技術(shù)落后，隔離效果并不理想[2]。

2.3 信號(hào)線引入干擾

PLC控制系統(tǒng)的信號(hào)線引入時(shí)，常常與信號(hào)儀表的供電源網(wǎng)絡(luò)線相串，信號(hào)線引起I/O通信程序異常，降低PLC測(cè)量精度，引起元器件的損傷，使信號(hào)互相受到干擾，電線回流，系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

2.4 接地系統(tǒng)混亂

接地系統(tǒng)的地線分布受系統(tǒng)地、屏蔽地和交流地的影響，引起地線電位分布不均，存在電位差。

2.5 PLC內(nèi)部元器件紛繁復(fù)雜

PLC系統(tǒng)內(nèi)部元器件較為復(fù)雜，加之元器件之間的電路相互干擾，是的電路與元器件之間工作出現(xiàn)沖突，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)都是個(gè)嚴(yán)重的考驗(yàn)。

3 增強(qiáng)PLC控制系統(tǒng)可靠性的設(shè)計(jì)方案

3.1 安裝與布線設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)的布線必須遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾源，例如：功率較大的晶體閘管、高頻變頻器、大型電力設(shè)備等，嚴(yán)禁與高電壓電器安裝在同一個(gè)開關(guān)柜內(nèi)。輸入與輸出的電流電線分開鋪設(shè)走線，開關(guān)量與模擬量分開敷設(shè)，隔斷外界信號(hào)干擾。交流與直流的輸出線分別采用不同的電纜，且輸出線盡量遠(yuǎn)離高頻電壓線和動(dòng)力線。輸入接線的長(zhǎng)度小于30米，當(dāng)環(huán)境干擾影響較小時(shí)、電壓不大時(shí)，輸入接線可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)家常。例如，四川宏興鋼鐵廠采用PLC的I/O遠(yuǎn)程模塊的電源線布置在同一線槽中，且使用屏蔽電纜，電纜輸入與輸出信號(hào)采用5～20mA或0～15mA的電流傳輸方式，以強(qiáng)電流傳輸阻斷了干擾。

3.2 電源、電流、電波負(fù)載處理

對(duì)電源、電流和電波負(fù)載的處理方式主要有以下幾種方案。電源：在控制器的編程里加入電源輸入端的隔離變壓器低通濾的程序，提高抗高電壓共振干擾能力，且將屏蔽層接入地面。電流：采用UPS供電，輸入交流電，自動(dòng)化控制額定電流。UPS供電可提高PLC電流的穩(wěn)定輸入，能夠有效的抗干擾隔離。電波：運(yùn)用電源濾波器濾除電峰沖擊脈的干擾，抑制傳導(dǎo)帶來的干擾項(xiàng)，且防止PLC的電磁波外泄。在電波負(fù)載的兩端使用并聯(lián)電容和電阻，并連接二極管，將傳統(tǒng)電波轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動(dòng)型負(fù)載電波，加強(qiáng)其抗干擾性[3]。例如，目前有些鋼鐵廠引進(jìn)的負(fù)載處理程序，就是利用UPS供電時(shí)對(duì)電源、電流、電波負(fù)載處理原理，將其寫入程序，實(shí)現(xiàn)電源的可持續(xù)化、電流的交直流自動(dòng)裝換、電波的有效控制。

3.3 優(yōu)化接地方式

優(yōu)良的接地方式是PLC安全可靠運(yùn)行的首要前提，相較于傳統(tǒng)接地方式而言，采用并聯(lián)一點(diǎn)的接地方式，可以有效的將地線引導(dǎo)進(jìn)入地級(jí)，克服公共地線的阻抗。接地極的地線電阻必須小于1Ω，地線橫截面積大于1mm2，距離建筑物15～20米遠(yuǎn)。當(dāng)今市面上熱銷的復(fù)合型材質(zhì)的地線，有效的摒棄了傳統(tǒng)地線的復(fù)雜接地方式，很好的實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)一點(diǎn)、一步到位的接地模式。

3.4 電流電波的沖擊處理

對(duì)電流點(diǎn)擊的沖擊處理選擇串聯(lián)法和并聯(lián)發(fā)。串聯(lián)法降低負(fù)載工作電流，并聯(lián)法限制電流啟動(dòng)時(shí)的沖擊幅度。

3.5 高可靠性、穩(wěn)定性的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于PLC內(nèi)部元器件紛繁復(fù)雜、質(zhì)量參差不齊，需要采用高品質(zhì)的信號(hào)元件和輸出執(zhí)行元件，再加上成熟的技術(shù)（PLC故障、邏輯檢驗(yàn)技術(shù)），合理配置軟硬件的資源冗余。例如，軟件資源耗損控制在20%，硬件耗損控制在15%，超出標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警并停機(jī)。

4 結(jié)語

PLC控制系統(tǒng)為鋼鐵廠高效運(yùn)營(yíng)提供著保駕護(hù)航的重任，對(duì)其可靠性設(shè)計(jì)需要考慮軟硬件各方面的問題，加強(qiáng)其抗干擾能力，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高軟硬件的工作能力。上述可靠性的設(shè)計(jì)方案均是根據(jù)PLC工作實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)提高系統(tǒng)的可靠性發(fā)揮著重要作用。

參考文獻(xiàn)

[1]湯煊琳.鋼鐵廠除塵系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2014，（31）：2-3.

[2]張靜.鋼鐵廠備煤自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2015，24（28）：124-125，120.

[3]董秀林，歸正等.鋼鐵廠用自行式平板運(yùn)輸車[J].中國(guó)冶金，2014，（9）：39-41.