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摘要：文章從多個角度對輸煤程控系統(tǒng)的可靠性問題進行了研究，剖析了造成可靠性降低的主要原因，從硬件和軟件兩個方面提出了提高輸煤程控系統(tǒng)可靠性的措施。實踐證明，這些措施的采用對提高系統(tǒng)的可靠性是有效的。

關(guān)鍵詞：輸煤程控；PLC；可靠性



1 概述

         輸煤控制系統(tǒng)是火電廠十分重要的支持系統(tǒng)，它是保證機組穩(wěn)發(fā)滿發(fā)的重要條件，基于輸煤控制系統(tǒng)的重要性，結(jié)合煤場面積大、條件惡劣的特點，目前廣泛采用PLC和現(xiàn)代網(wǎng)絡通訊實現(xiàn)其控制功能。

         蕭山電廠輸煤程控系統(tǒng)采用Modicon 的quantum系列可編程控制器（PLC）作為控制主機，采用雙主機模塊熱備方式運行。上位機采用兩臺研華工控機通過交換機構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡，選用美國Inbbblution公司iFIX3.0軟件包作為人機界面（MMI）應用軟件。系統(tǒng)包括一個主站、三個遠程站， PLC主機和#0遠程站安放在煤控室，另兩個遠程站安放在轉(zhuǎn)運站上，主站和#1、#2遠程站之間采用光纜傳輸方式。系統(tǒng)連接圖如下圖1。





圖1 輸煤程控系統(tǒng)圖

2 輸煤程控系統(tǒng)可靠性降低的原因

         在輸煤程控系統(tǒng)中，無論是PLC還是工控機，本身都具有一定的抗干擾能力，有著較高的可靠性。但由于輸煤設備多，運輸線長，工作條件惡劣，遠程站一般安放在輸煤現(xiàn)場，它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環(huán)境中，各類干擾信號較多。這些干擾信號對PLC本身、尤其是對外圍控制設備，產(chǎn)生了嚴重的影響。

表1和表2是近兩年來輸煤程控系統(tǒng)的故障統(tǒng)計表。





通過分析，參考相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生輸煤程控可靠性降低的主要原因有以下這些方面。

2.1 工控機、PLC系統(tǒng)故障

        電源系統(tǒng)在連續(xù)工作中，由于干擾、散熱等因素造成電壓和電流的波動沖擊是不可避免的，極易造成故障；通訊及網(wǎng)絡受外部干擾的可能性大，一般都是由于外部干擾造成網(wǎng)絡短時故障；I/O模塊是PLC硬件系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)，信號線很容易受空間電磁輻射感應的干擾，這會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機。PLC控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當嚴重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也有發(fā)生。除此之外，就是輸煤現(xiàn)場的震動過大造成工控機及PLC等設備接觸不良造成故障。

2.2 現(xiàn)場控制設備故障

現(xiàn)場控制設備故障可從以下兩個方面來分析：

（1）PLC輸入信號量出錯：電纜或端子箱故障造成信號線短路或斷路，現(xiàn)場信號無法正確傳遞給PLC，造成控制出錯；限位開關(guān)、拉繩開關(guān)、跑偏開關(guān)等保護元件由于粉塵堵塞、銹蝕老化、長期磨損等原因造成失靈，使輸入PLC開關(guān)量出錯；繼電器觸點抖動。造成計數(shù)、累加、位移等指令出錯，出現(xiàn)錯誤控制結(jié)果；現(xiàn)場傳感器或變送器偏差較大或不能正常工作，使反映給PLC的信號量不準確，造成控制出錯；接觸器自身故障，如觸點不良等同樣會造成輸入開關(guān)量出錯，使系統(tǒng)不能正常工作。

（2）執(zhí)行機構(gòu)出錯：控制負載的接觸器不能可靠動作，雖然PLC發(fā)出了動作指令，但執(zhí)行機構(gòu)并沒按要求動作；由于變頻器自身故障，變頻器所帶電機并沒按要求工作；各種電動閥、電磁閥該開的沒能打開，該關(guān)的沒能關(guān)到位，由于執(zhí)行機構(gòu)沒能按PLC的控制要求動作，使系統(tǒng)無法正常工作，降低了系統(tǒng)可靠性。

3 提高輸煤程控系統(tǒng)可靠性的措施

根據(jù)實際使用來看，現(xiàn)場控制設備的故障率要大大高于工控機及PLC主機。因此，提高設備可靠性的重點應放在外部設備上。

（1）選擇可靠性較高的元件。這是確保系統(tǒng)可靠性的第一步。

（2）選擇性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾。在PLC控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。電網(wǎng)干擾串入PLC控制系統(tǒng)主要通過PLC系統(tǒng)的供電電源（如CPU 電源、I/O電源等）、繼電器供電電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入的。因此選擇好的電源對提高可靠性有著重要的作用。

（3）信號隔離?，F(xiàn)場設備與I/O模塊之間的開關(guān)量信號經(jīng)繼電器隔離，使現(xiàn)場I/O信號與PLC設備在電路上分開，可達到以下目的：第一，采用繼電器隔離后，繼電器動作功率較大（大于1W）而現(xiàn)場干擾信號僅有足夠的電壓而沒有足夠的電流，難以使繼電器動作，從而有效解決了輸入回路的抗干擾問題；第二，繼電器耐過電壓、地電流沖擊的能力較強，可避免引入過壓、過流信號而損壞PLC模塊；第三，切斷干擾噪聲的通道，避免形成接地環(huán)路引入的電位差。同時使控制室內(nèi)、外自成系統(tǒng)，便于高度和維護。

（4）接地屏蔽。在程控系統(tǒng)中，良好接地（采用一點接地）可消除各電路電流經(jīng)公共地線阻抗時產(chǎn)生的噪聲電壓，避免磁場及電位差的影響，使其形不成對地環(huán)路，接地是抑制干擾使系統(tǒng)可靠工作的重要方法；另外，在程控系統(tǒng)中，PLC模塊、電源設備、繼電器都放在控制柜內(nèi)，對電磁場的屏蔽較好。噪聲主要由傳輸導線引入，因此對導線采取屏蔽措施也十分必要。對I/O信號應采用完全屏蔽的信號電纜，并且電纜的金屬屏蔽層也只有一點接地。接地和屏蔽結(jié)合起來使用即可解決大部分干擾問題，提高系統(tǒng)的可靠性。

（5）軟件容錯。由于輸煤系統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，干擾信號較多，I/O信號傳送距離也較長，常常會使傳送的信號有誤。為提高系統(tǒng)運行可靠性，使PLC在信號出錯的情況下能及時發(fā)現(xiàn)錯誤，并能排除錯誤的影響繼續(xù)工作，在程序編制時可采用軟件容錯技術(shù)。例如：在目前現(xiàn)場設備信號不完全可靠的情況下，對于非嚴重影響設備運行的故障信號（如皮帶的打滑、跑偏信號），在程序中采取不同時間的延時判斷，以防止輸入接點抖動而產(chǎn)生“偽報警"。若延時后信號仍不消失，再執(zhí)行相應動作。

4 結(jié)束語

        輸煤程控系統(tǒng)的可靠性問題是一個十分復雜的綜合性問題，輸煤現(xiàn)場惡劣的環(huán)境產(chǎn)生的種種干擾時刻影響著系統(tǒng)可靠性。只有綜合考慮各方面的因素，合理有效地消除各種干擾，對癥下藥，才能切實有效地提高系統(tǒng)的可靠性。



參考文獻：

［1］施耐德用戶手冊.Modcoin TSX Quantum 硬件手冊.

［2］張進秋等.可編程控制器原理及應用實例.北京：機械工業(yè)出版社.