火电厂输煤程控系统抗干扰措施
[ 录入者:HelloEMC | 时间:2008-10-28 14:08:58 | 作者:栗海峰，张国明，杨
勇 | 来源: | 浏览:258次 ] [摘 要] 结合三门峡华阳发电有限责任公司输煤程控系统应用情况，对该系统故障进行了统计分析。分析表明，其主要干扰为外部干扰。对此，从硬件和软件两方面提出了外部设备抗干扰的几种措施。
[关键词] 输煤程控；电磁干扰；继电器隔离；接地；屏蔽；数字滤波；软件容错
大型火力发电厂输煤系统普遍采用PLC逻辑控制设备进行监控。作为工业控制的自动装置，PLC本身具有一定抗干扰能力，比较适应工业现场环境。但是，由于火电厂输煤系统运行条件恶劣，干扰信号较多，特别是电磁干扰严重，抗干扰问题成为输煤程控系统设计、调试及运行中的一大难题。许多电厂输煤程控系统不能长期稳定运行，抗干扰能力差是其最主要的原因。
PLC系统故障可分为内部故障和外部故障两大类。内部故障指PLC本体的故障，外部故障指系统与实际控制过程相关连的传感器、检测开关、执行机构等部分的故障。三门峡华阳发电有限责任公司输煤程控系统2002年~2004年的故障分布统计情况见表1。
由表1看出，系统中只有1%的故障发生在PLC内部，说明PLC自身的可靠性远远高于外部设备，提高输煤程控系统可靠性的重点是解决外部设备的干扰问题。对此从硬件和软件两方面考虑，综合运用以下几种抗干扰措施，取得良好效果。 1 信号继电器隔离
在火电厂输煤程控系统中，现场设备与I／0模块之间的开关量信号是否需经继电器隔离，一直是争论的焦点.有的观点认为不需经继电器隔离，理由是：I／O模块本身具有一定抗干扰能力；模块内已采用光电隔离器；已采用阻容滤波电路；省去了中间继电器，系统接线简化，系统故障点减少。根据多年维护管理经验和实际观察分析，认为尽管PLC自身有良好的抗干扰性能，但在输煤控制中采用继电器隔离仍很有必要，理由如下：
(1)现场设备至PLC输入模块间的信号电缆较长，阻抗较大，电缆间的分布电容充放电效应使信号电缆上产生干扰信号，加之输入模块的输入阻抗大(内阻约2．5 kid、动作功率小(1 w)，现场干扰信号虽然电压较高，但没有足够的电流，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。
(2)继电器与PLC输入模块相比，耐过电压、耐电流冲击的能力较强，可避免因过压、过流信号而损坏PLC模块。迄今为止，国内已有多个电厂输煤程控系统在运行和调试过程中出现过这方面的故障。对于输出模块，采用继电器隔离增加了输出接点容量，可将继电器接点方便地接入设备控制回路中。
(3)现场I／O信号经继电器隔离，与PLC系统在电路上分开，切断干扰信号的通道，避免形成接地环路引起的电位差。同时使控制室内外自成系统，便于检查和维护。
(4)程控系统增加继电器隔离并不会增加投资。采用继电器隔离后，PLC与继电器之间采用DC 24V电源供电，继电器与现场设备间采用AC 220V供电。因此，PLC系统可选用DC 2~V、32点I／O模块(不采用继电器隔离，则需选用AC 220V、16点i／o模块)，可见选用继电器隔离方式可节省一半I／O模块。对于
设备范围广，信号繁多的输煤系统来说，i／o模块减少节省的费用与采用继电器增加的费用相当，总投资并不会因此而增加。
三门峡华阳发电有限责任公司的输煤程控系统在设计中将PLC输入、输出均采用继电器同外界隔离，程控与电控部分各自成系统，近十年的生产运行表明，该系统运行稳定、可靠，抗干扰能力比较强。 2 电缆屏蔽接地
在程控系统中，应避免接地形成环路，消除各电路电流经公共地线阻抗时产生的干扰电压，避免磁场及电位差的影响。接地是抑制干扰、提高系统可靠性的重要方法，与屏蔽方法结合起来使用可解决大部分电磁场干扰问题。在低频电路中，布线和元件间的电感并不是大问题，而接地形成的环路干扰影响却很大，因此通常采用单点接地方式。若接地点超过一个，接地点之间的电位差将产生感应电流，形成电磁干扰源。PLC控制系统属于低频范畴(1 MHz以下)，也应遵循单点接地的原则。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。电磁干扰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要采用一点接地。为防止不同类型地线之间的干扰，应将系统中的数字接地、拟接地、屏蔽接地分别相连，然后汇集到总的接地点，接入输煤程控系统单独接地网。 3 电缆选择与敷设
信号传输线之间的相互干扰主要来自导线间分布电容、电感引起的电磁耦合。为防止干扰，应注意电缆的选择，应选用金属铠装屏蔽型的控制、信号电缆，这一方面可以减少电磁干扰，另一方面也增强了电缆的机械抗拉强度。另外，电缆敷设施工时应注意将动力电缆和控制电缆分开，控制电缆中将强电电缆和弱电电缆分开。同时，还要注意尽量把模拟量信号线、开关量信号线、直流信号线和交流信号线分开排列，以减少不同类型信号问的干扰。 4 数字滤波
对于较低信噪比的模拟量信号，常因现场瞬时干扰而产生较大波动，若仅用瞬时采样值进行控制计算，会产生较大误差。为此在输煤程控中通常采用数字滤波的方法。现场模拟量信号经A／D转换变为离散的数字量信号，然后按时间序列存人PLC内存，再利用数字滤波程序对其进行处理，去除干扰。对设备工作电流、皮带秤煤量、碎煤机温度及振动、煤仓煤位等模拟量信号采用平均值滤波方法进行预处理，用连续采集的10个数据的平均值来代表当前时刻的采样值，即：Yn=Xi／10，其中y 为滤波值，Xi为连续采集的l0个数据的和值。 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，电磁干扰常常会引起信号出错，产生设备误动或拒动等十分严重的后果。为提高系统运行可靠性，在程序编制中还广泛应用了软件容错技术。 (1)对于非严重影响设备运行的故障信号，采取延时执行方式，以防止输入接点抖动而产生“假故障”，延时后若信号仍不消失，则执行动作。如对皮带打滑、皮带跑偏信号，按输煤系统设备运行速度，在程序中采用了15 S和2 s延时执行方式。 (2)充分利用信号间的组合逻辑关系进行条件判断。这样即使个别信号出现错误，系统也不会影响其正常的逻辑功能。如在程序编制中，皮带打滑跑偏及拉绳开头等信号均同皮带运行信号串联使用，即控制逻辑只有在皮带启动后才能产生作用。这种方法在实际生产运用中具有很大灵活性。
(3)筒仓、原煤仓煤位传感器在配煤过程有误发信号的现象，程序设计时结合筒仓配煤的特点，采取顺序配煤方式、优先配煤方式和余煤配煤方式，并且所有方式只根据高、低煤位信号判断进行，取消了超高、超低煤位信号，以减少传感器对配煤的影响。
由于系统硬件配置已经确定，对其增加和修改都比较困难，软件容错无需增加任何设备，可作为硬件容错的补充。现场实际应用表明，数字滤波和软件容错技术在程序设计中必不可少，且行之有效。 [参 考 文 献] [1] 王兆义．可编程控制实用技术EM]．机械工业出版社 [2] s7—200可编程控制器操作手册[R]．德国西门子公司 [3] 自动化技术与SIMATIC s5一l15UER]．德国西门子公司
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