输煤程控系统可靠性研究

摘要：文章从多个角度对输煤程控系统的可靠性问题进行了研究，剖析了造成可靠性降低的主要原因，从硬件和软件两个方面提出了提高输煤程控系统可靠性的措施。实践证明，这些措施的采用对提高系统的可靠性是有效的。

关键词：输煤程控；PLC；可靠性



1 概述

         输煤控制系统是火电厂十分重要的支持系统，它是保证机组稳发满发的重要条件，基于输煤控制系统的重要性，结合煤场面积大、条件恶劣的特点，目前广泛采用PLC和现代网络通讯实现其控制功能。

         萧山电厂输煤程控系统采用Modicon 的quantum系列可编程控制器（PLC）作为控制主机，采用双主机模块热备方式运行。上位机采用两台研华工控机通过交换机构成监控网络，选用美国Intellution公司iFIX3.0软件包作为人机界面（MMI）应用软件。系统包括一个主站、三个远程站， PLC主机和#0远程站安放在煤控室，另两个远程站安放在转运站上，主站和#1、#2远程站之间采用光缆传输方式。系统连接图如下图1。





图1 输煤程控系统图

2 输煤程控系统可靠性降低的原因

         在输煤程控系统中，无论是PLC还是工控机，本身都具有一定的抗干扰能力，有着较高的可靠性。但由于输煤设备多，运输线长，工作条件恶劣，远程站一般安放在输煤现场，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，各类干扰信号较多。这些干扰信号对PLC本身、尤其是对外围控制设备，产生了严重的影响。

表1和表2是近两年来输煤程控系统的故障统计表。





通过分析，参考相关资料，发现产生输煤程控可靠性降低的主要原因有以下这些方面。

2.1 工控机、PLC系统故障

        电源系统在连续工作中，由于干扰、散热等因素造成电压和电流的波动冲击是不可避免的，极易造成故障；通讯及网络受外部干扰的可能性大，一般都是由于外部干扰造成网络短时故障；I/O模块是PLC硬件系统中最薄弱的环节，信号线很容易受空间电磁辐射感应的干扰，这会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也有发生。除此之外，就是输煤现场的震动过大造成工控机及PLC等设备接触不良造成故障。

2.2 现场控制设备故障

现场控制设备故障可从以下两个方面来分析：

（1）PLC输入信号量出错：电缆或端子箱故障造成信号线短路或断路，现场信号无法正确传递给PLC，造成控制出错；限位开关、拉绳开关、跑偏开关等保护元件由于粉尘堵塞、锈蚀老化、长期磨损等原因造成失灵，使输入PLC开关量出错；继电器触点抖动。造成计数、累加、位移等指令出错，出现错误控制结果；现场传感器或变送器偏差较大或不能正常工作，使反映给PLC的信号量不准确，造成控制出错；接触器自身故障，如触点不良等同样会造成输入开关量出错，使系统不能正常工作。

（2）执行机构出错：控制负载的接触器不能可靠动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作；由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作；各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。

3 提高输煤程控系统可靠性的措施

根据实际使用来看，现场控制设备的故障率要大大高于工控机及PLC主机。因此，提高设备可靠性的重点应放在外部设备上。

（1）选择可靠性较高的元件。这是确保系统可靠性的第一步。

（2）选择性能优良的电源，抑制电网引入的干扰。在PLC控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源（如CPU 电源、I/O电源等）、继电器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。因此选择好的电源对提高可靠性有着重要的作用。

（3）信号隔离。现场设备与I/O模块之间的开关量信号经继电器隔离，使现场I/O信号与PLC设备在电路上分开，可达到以下目的：第一，采用继电器隔离后，继电器动作功率较大（大于1W）而现场干扰信号仅有足够的电压而没有足够的电流，难以使继电器动作，从而有效解决了输入回路的抗干扰问题；第二，继电器耐过电压、地电流冲击的能力较强，可避免引入过压、过流信号而损坏PLC模块；第三，切断干扰噪声的通道，避免形成接地环路引入的电位差。同时使控制室内、外自成系统，便于高度和维护。

（4）接地屏蔽。在程控系统中，良好接地（采用一点接地）可消除各电路电流经公共地线阻抗时产生的噪声电压，避免磁场及电位差的影响，使其形不成对地环路，接地是抑制干扰使系统可靠工作的重要方法；另外，在程控系统中，PLC模块、电源设备、继电器都放在控制柜内，对电磁场的屏蔽较好。噪声主要由传输导线引入，因此对导线采取屏蔽措施也十分必要。对I/O信号应采用完全屏蔽的信号电缆，并且电缆的金属屏蔽层也只有一点接地。接地和屏蔽结合起来使用即可解决大部分干扰问题，提高系统的可靠性。

（5）软件容错。由于输煤系统现场环境恶劣，干扰信号较多，I/O信号传送距离也较长，常常会使传送的信号有误。为提高系统运行可靠性，使PLC在信号出错的情况下能及时发现错误，并能排除错误的影响继续工作，在程序编制时可采用软件容错技术。例如：在目前现场设备信号不完全可靠的情况下，对于非严重影响设备运行的故障信号（如皮带的打滑、跑偏信号），在程序中采取不同时间的延时判断，以防止输入接点抖动而产生“伪报警"。若延时后信号仍不消失，再执行相应动作。

4 结束语

        输煤程控系统的可靠性问题是一个十分复杂的综合性问题，输煤现场恶劣的环境产生的种种干扰时刻影响着系统可靠性。只有综合考虑各方面的因素，合理有效地消除各种干扰，对症下药，才能切实有效地提高系统的可靠性。



参考文献：

［1］施耐德用户手册.Modcoin TSX Quantum 硬件手册.

［2］张进秋等.可编程控制器原理及应用实例.北京：机械工业出版社.



作者简介： 罗杏金(1969-)，男，工程师。从事燃料分场技术管理工作。