PLC系統(tǒng)在焦?fàn)t地下室有害氣體檢測(cè)及防治中的應(yīng)用

王玉平

【摘要】隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展與廣泛運(yùn)用，PLC技術(shù)不斷深入到生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域，PLC技術(shù)的拓展應(yīng)用與探索正在為促進(jìn)工作效率的進(jìn)一步提高、生產(chǎn)成本的進(jìn)一步降低以及本職安全度的進(jìn)一步提升發(fā)揮著積極的作用。通過(guò)探索、實(shí)踐與應(yīng)用，PLC系統(tǒng)在二線(xiàn)制、三線(xiàn)制、四線(xiàn)制信號(hào)的應(yīng)用中，尤其是在與焦?fàn)t地下室有害氣體檢測(cè)及防治的應(yīng)用中得到了進(jìn)一步發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】有害氣體檢測(cè)與防治；PLC；焦?fàn)t地下室

一、背景

公司共有6座焦?fàn)t分別始建于1999年、2006年、2008年，原設(shè)計(jì)氣體報(bào)警系統(tǒng)規(guī)模各有不同：一期工程2座焦?fàn)t地下室原設(shè)計(jì)有8個(gè)氫氣檢測(cè)回路配一個(gè)控制器，后經(jīng)改造氫氣檢測(cè)、一氧化碳檢測(cè)報(bào)警單回路各22個(gè)，沒(méi)有設(shè)計(jì)排風(fēng)系統(tǒng)；二期工程2座焦?fàn)t地下室氫氣檢測(cè)單回路28個(gè)、一氧化碳檢測(cè)單回路30個(gè)、4個(gè)聲光報(bào)警器外加8臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)；三期工程2座焦?fàn)t地下室氫氣檢測(cè)、一氧化碳檢測(cè)單回路各28個(gè)、8個(gè)聲光報(bào)警器外加8臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)。氣體報(bào)警系統(tǒng)運(yùn)行模式：一系統(tǒng)只報(bào)警；二、三系統(tǒng)一級(jí)、二級(jí)報(bào)警聯(lián)動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。氣體報(bào)警控制器、探測(cè)器分屬四個(gè)廠(chǎng)家，7個(gè)型號(hào)，存在的問(wèn)題：

1、廠(chǎng)家多、型號(hào)雜不利于庫(kù)存管理、庫(kù)存資金占用量大、生產(chǎn)成本高。

2、故障率高、日常維護(hù)檢修量大、不盡浪費(fèi)人力、物力，而且工作比較被動(dòng)，不能適應(yīng)日前國(guó)家、省、市、縣、集團(tuán)公司對(duì)安全生產(chǎn)的總體要求。

3、每個(gè)單回路報(bào)警控制器在出現(xiàn)一級(jí)報(bào)警、二級(jí)報(bào)警時(shí)都會(huì)發(fā)出不同的報(bào)警聲提示操作人員引起注意，有時(shí)甚至多個(gè)、亦或十幾、二十個(gè)報(bào)警音相互疊加、此起彼伏、此消彼漲、長(zhǎng)時(shí)間報(bào)警對(duì)操作人員容易造成精神過(guò)度緊張，從而引起情緒波動(dòng)、精神疲勞、漠然視之等對(duì)生產(chǎn)安全及人身安全產(chǎn)生不利的影響。

4、所有氣體報(bào)警控制器報(bào)警音在環(huán)境工況恢復(fù)正常時(shí)不能自動(dòng)消音，必須人為逐個(gè)復(fù)位，根據(jù)煉焦生產(chǎn)特點(diǎn)：每半個(gè)小時(shí)交換機(jī)將進(jìn)行一次交換，持續(xù)時(shí)間5分鐘，因此操作人員需要每半個(gè)小時(shí)至少對(duì)每一個(gè)控制器進(jìn)行一次消音復(fù)位，持續(xù)時(shí)間5分鐘以上直至工況恢復(fù)正常。

5、地下室通風(fēng)機(jī)在自動(dòng)模式下與可燃?xì)怏w報(bào)警控制器在一級(jí)報(bào)警、二級(jí)聯(lián)動(dòng)輸出接點(diǎn)形成一個(gè)自啟動(dòng)回路，當(dāng)可燃?xì)怏w報(bào)警控制器二級(jí)報(bào)警時(shí)，風(fēng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，否則停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

6、交換機(jī)交換時(shí)地下室有預(yù)警聲光報(bào)警器提前3鐘報(bào)警目的是用于提示地下室作業(yè)人員立即撤離作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)防止意外傷害。氣體報(bào)警系統(tǒng)聲光報(bào)警器報(bào)警音與交換機(jī)交換時(shí)的預(yù)警聲光報(bào)警器聲音相同或接近難以區(qū)分，只能就近觀察光信號(hào)或抵近辨音區(qū)別報(bào)警出處。

7、報(bào)警控制器不能直觀、方便、一目了然的直接反映氣體探測(cè)器的安裝位置，也不能有效記錄歷史報(bào)警值，同時(shí)不能提供連續(xù)可追溯的有效數(shù)據(jù)記錄。

二、改造目的及實(shí)現(xiàn)方法

為了消除安全隱患、以人為本創(chuàng)造一個(gè)良好的生產(chǎn)環(huán)境，有效提高崗位人員對(duì)氣體高濃度區(qū)的識(shí)別速率方便準(zhǔn)確查找煤氣泄露點(diǎn)快速消漏、降低氣體報(bào)警器故障頻次有效保證設(shè)備完好率、降低氣體報(bào)警器備件庫(kù)存減少庫(kù)存成本、增加歷史趨勢(shì)記錄為生產(chǎn)提供可參考、分析的科學(xué)依據(jù)、降低生產(chǎn)環(huán)境中煤氣含量進(jìn)一步提升職工本職安全度，基于上述原因擬對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造。

1、去除原有氫氣、一氧化碳?xì)怏w報(bào)警器控制器、電源模塊。

2、采用一套獨(dú)立的基于以太網(wǎng)通訊的PLC系統(tǒng)下位機(jī)采集氣體探測(cè)器信號(hào)并轉(zhuǎn)換為可直觀識(shí)別、帶色變顯示的基于上位機(jī)圖形化的氣體報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行有毒、可燃?xì)怏w檢測(cè)、顯示和控制。

3、軸流風(fēng)機(jī)的控制方式由從動(dòng)排風(fēng)改為主動(dòng)排風(fēng)，并由PLC系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)判斷和控制。在煤氣交換機(jī)交換之前3分鐘，啟動(dòng)排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)；在煤氣交換機(jī)交換之后5分鐘，停止排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)；其他時(shí)間受控于可燃、有毒氣體超標(biāo)聯(lián)鎖排風(fēng)或人工手動(dòng)排風(fēng)。

4、交換機(jī)交換預(yù)警聲光報(bào)警器和有毒、可燃?xì)怏w超標(biāo)聲光報(bào)警器采用光變、人語(yǔ)報(bào)警方式以予區(qū)分。

5、交換機(jī)交換前主動(dòng)排風(fēng)信號(hào)取之于交換機(jī)自帶獨(dú)立PC系統(tǒng)輸出信號(hào)參與排風(fēng)系統(tǒng)控制。

6、探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電源采用獨(dú)立DC 24V電源直接供電。

7、PLC DO輸出、DI輸入采用中間繼電器隔離有效防止高電壓、大電源串入造成的破壞。

三、系統(tǒng)構(gòu)成及功能

系統(tǒng)采用上位機(jī)、下位機(jī)結(jié)構(gòu)。上位機(jī)主要用于顯示報(bào)警器的具體安裝位置、氣體探測(cè)器對(duì)應(yīng)的數(shù)字實(shí)測(cè)值及棒性圖實(shí)測(cè)值、棒性圖一級(jí)/二級(jí)報(bào)警色變、氣體超標(biāo)聯(lián)動(dòng)風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖的投用與解除、聲光報(bào)警器的投用與解除、歷史曲線(xiàn)的記錄與調(diào)用、超標(biāo)報(bào)警的記錄與確認(rèn)、系統(tǒng)數(shù)字量的變位記錄與調(diào)用、排風(fēng)機(jī)手動(dòng)啟/停功能、聲光報(bào)警器在線(xiàn)測(cè)試功能等。下位機(jī)主要用于探測(cè)器模擬量信號(hào)的采集與計(jì)算、邏輯分析與判斷、輸出與控制。

當(dāng)被測(cè)氣體含量達(dá)到一級(jí)報(bào)警值以上、二級(jí)報(bào)警值以下時(shí)，上位機(jī)畫(huà)面中以黃色棒性圖顯示實(shí)際工況；當(dāng)被測(cè)氣體含量達(dá)到二級(jí)報(bào)警值以上時(shí)，上位機(jī)畫(huà)面中以紅色棒性圖顯示實(shí)際工況，同時(shí)在棒性圖下方以科學(xué)計(jì)數(shù)法顯示工況實(shí)測(cè)值。

本系統(tǒng)畫(huà)面設(shè)計(jì)風(fēng)格采用公司生產(chǎn)過(guò)程控制DCS系統(tǒng)及其他生產(chǎn)系統(tǒng)用PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)格及使用習(xí)慣，地下室排風(fēng)機(jī)啟、停命令及聲光報(bào)警器動(dòng)作情況以不同色標(biāo)進(jìn)行顯示，紅色表示運(yùn)行狀態(tài)、綠色表示停止?fàn)顟B(tài)。

系統(tǒng)可按照時(shí)間先后及優(yōu)先級(jí)自動(dòng)記錄所有報(bào)警信息，并形成記錄可隨時(shí)查詢(xún)。

聯(lián)鎖投用后氣體超標(biāo)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)聲光報(bào)警器并保持至人為復(fù)位為止，工況正常后人為復(fù)位報(bào)警消除，再次超限聲光報(bào)警器自動(dòng)再次重啟，目的是引起工作人員高度重視并采取相應(yīng)處置措施確保工況處于正常狀態(tài)。

各測(cè)點(diǎn)相互獨(dú)立、互不影響、獨(dú)立顯示、各自報(bào)警能有效區(qū)分報(bào)警場(chǎng)所及報(bào)警位置。

長(zhǎng)歷史趨勢(shì)記錄為科學(xué)分析焦?fàn)t地下室工況狀態(tài)提供了翔實(shí)可靠的依據(jù)。

下位機(jī)采用Modicon Quantum TSXP572623M自動(dòng)化控制平臺(tái)，使用ST、LD語(yǔ)言編程方便、快捷、易于實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能要求。自帶的TCP/IP內(nèi)置端口為快速、靈活組網(wǎng)提供了極大的方便。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)構(gòu)架容易實(shí)現(xiàn)、易于擴(kuò)展，能根據(jù)實(shí)際需要靈活調(diào)整系統(tǒng)規(guī)模大小。每個(gè)模塊均有小型LCD熒幕顯示通道號(hào)便于實(shí)時(shí)監(jiān)控通道運(yùn)行狀態(tài)，編程調(diào)試、運(yùn)行觀察極為直觀、方便。

上位機(jī)采用GE Fanuc智能平臺(tái)，GE Fanuc Proficy HMI/SCADA iFIX 4.50為用戶(hù)提供高性能過(guò)程監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)管理，軟件優(yōu)點(diǎn)：易于擴(kuò)展和集成，可以方便的根據(jù)用戶(hù)需求快速創(chuàng)建高性能過(guò)程窗口，人機(jī)界面友好，可隨時(shí)擴(kuò)展系統(tǒng)規(guī)模，功能強(qiáng)大而廣泛、組網(wǎng)靈活易于實(shí)現(xiàn)、維護(hù)量小、安全性高。

四、改造后的優(yōu)點(diǎn)

經(jīng)過(guò)改造，公司焦?fàn)t地下室氣體報(bào)警系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，優(yōu)點(diǎn)明顯：

1、采用PC系統(tǒng)動(dòng)態(tài)顯示各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)值能夠直觀、明了、形象、快速地反映出焦?fàn)t地下室氣體超標(biāo)區(qū)域，針對(duì)性強(qiáng)，便于工藝系統(tǒng)加強(qiáng)監(jiān)護(hù)。

2、氣體報(bào)警系統(tǒng)故障率大大降低，備品備件庫(kù)存減少，故障處理環(huán)節(jié)、人力資源投入相對(duì)減少，大大降低了設(shè)備維護(hù)成本，提高了工作效率和設(shè)備完好率。

3、交換信號(hào)報(bào)警、氣體超標(biāo)信號(hào)報(bào)警有效區(qū)分大大提高了焦?fàn)t地下室安全運(yùn)行水平，一是能夠在交換之前提前預(yù)警迅速撤離焦?fàn)t地下室作業(yè)人員；二是在交換間隔時(shí)間氣體超標(biāo)時(shí)能夠起到及時(shí)報(bào)警告知工藝操作人員焦?fàn)t地下室出于異常狀態(tài)、并立即采取自動(dòng)通風(fēng)措施降低焦?fàn)t地下室空間有毒有害氣體含量保證地下室處于安全狀態(tài)。

4、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，維護(hù)量小或基本免于維護(hù)，經(jīng)濟(jì)耐用。

五、結(jié)論

通過(guò)探索與實(shí)踐，在我公司PLC系統(tǒng)與焦?fàn)t地下室有害氣體檢測(cè)與防治中的有效結(jié)合及成功應(yīng)用具有極高的推廣、使用價(jià)值。

參考文選

[1]李建興.《PLC技術(shù)與應(yīng)用》.機(jī)械工業(yè)出版社，2011-04-30

[2]鄭阿奇，徐斌.《施耐德PLC應(yīng)用技術(shù)》.電子工業(yè)出版社，2011-02-01