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        鋼鐵廠PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

        2015-06-15 14:54:17郭穎
        數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用 2015年3期
        關(guān)鍵詞:抗干擾性PLC控制系統(tǒng)可靠性

        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:TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-9416(2015)03-0006-01

        隨著社會主義經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國鋼鐵企業(yè)迅速發(fā)展,小型、中型、大型鋼鐵廠蓬勃增長,因此,必須對鋼鐵廠進(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)器在工作時常常會發(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)器工作時應(yīng)使其遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的振動源;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、交直流傳動裝置錯位等。此時,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 信號線引入干擾

        PLC控制系統(tǒng)的信號線引入時,常常與信號儀表的供電源網(wǎng)絡(luò)線相串,信號線引起I/O通信程序異常,降低PLC測量精度,引起元器件的損傷,使信號互相受到干擾,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,對整個系統(tǒng)都是個嚴(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)離高頻電壓線和動力線。輸入接線的長度小于30米,當(dāng)環(huán)境干擾影響較小時、電壓不大時,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供電時對電源、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,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)法限制電流啟動時的沖擊幅度。

        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,系統(tǒng)自動報警并停機(jī)。

        4 結(jié)語

        PLC控制系統(tǒng)為鋼鐵廠高效運(yùn)營提供著保駕護(hù)航的重任,對其可靠性設(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].中國冶金,2014,(9):39-41.

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