钢铁厂PLC控制系统的可靠性设计
时间：2021-01-28 08:00:11 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：钢铁厂PLC控制系统转为工业而设计，是以微处理为基础，结合了计算机、网络通信和自动控制系统，目前在钢铁厂越来越别广泛的应用。钢铁厂PLC控制系统对钢厂的废气、废水、除尘、设备维护等发挥着重要作用，其具有强大的抗干扰性，安全性能及其稳定。本文对影响PLC控制系统的可靠性因素加以分析，分别从硬件和软件两方面着手，研究提高PLC控制系统的可靠性设计措施。
关键词：PLC控制系统 可靠性 抗干扰性 软硬件设计
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）03-0006-01
随着社会主义经济的发展，我国钢铁企业迅速发展，小型、中型、大型钢铁厂蓬勃增长，因此，必须对钢铁厂进行有效控制，方能达到生产安全与经济效益双丰收的目的。PLC控制系统是当今各大钢铁厂顺应时代发展潮流而采用管理钢铁厂的有效手段。其由PLC（可编程控制器）和生产现场设备组成，专为钢铁工业而设计，其数字化的操控为钢铁厂节约了成本、维护了设备、安全的生产、经济效益的提高等。
1 PLC概述
1.1 PLC性能特点及工作原则
PLC是以微型处理器为基础，它包括中心管理处理器、主机、延展机箱、计算机网络及外部配套设备，在钢铁厂具体操作配以继电器、接触器、各类开关、正负极位置、传感器、仪表机、安全保护器、接线盒子、发电机、电源线、地线、信号线等，具有高度的可靠性与稳定性。其功能远远大于各类电器集成系统，综合了算计、自动化控制、智能化网络通信等先进技术，极大的促进了钢铁厂现代化工业生产管理的自动化。
1.2 PLC工作标准
PLC工作的环境必须具备以下标准：①温度。电子化大型设备或机器在工作时常常会发热，迅速提高周围的环境温度，因此，必须控制设备的工作环境温度在-℃，周围安装通风装置；②湿度。电器设备等都具有导电性，因此必须保持周围空气具有一定的湿度，以达到绝缘的功能；③机器工作时应使其远离强烈的振动源；④PLC安装装置必须是密闭性较好的室内，并用空气净化装置净化PLC周围环境；⑤电源。电源线路应该设置在屏蔽层，用隔离变压器和串线接滤电流，变压器与电源之间采用双纹粗线连接[1]。
2 造成PLC控制系统的可靠性不稳定的原因
2.1 空间性辐射的干扰
空间性辐射主要来自电磁场内的电力网络、电气设备、无线电广播设备、雷达、高频率感应器及加热设备等，其辐射源较为强大，直接对PLC的通信网络造成极其不稳定的后果。
2.2 电波干扰
电波覆盖面积广，一般在空间电磁负荷上影响感应电压和电路，造成大型电力设备起停、电网短路或中断、交直流传动装置错位等。此时，PLC一般采用隔离电源，由于其结构及制造工艺技术落后，隔离效果并不理想[2]。
2.3 信号线引入干扰
PLC控制系统的信号线引入时，常常与信号仪表的供电源网络线相串，信号线引起I/O通信程序异常，降低PLC测量精度，引起元器件的损伤，使信号互相受到干扰，电线回流，系统出现故障。
2.4 接地系统混乱
接地系统的地线分布受系统地、屏蔽地和交流地的影响，引起地线电位分布不均，存在电位差。
2.5 PLC内部元器件纷繁复杂
PLC系统内部元器件较为复杂，加之元器件之间的电路相互干扰，是的电路与元器件之间工作出现冲突，对整个系统都是个严重的考验。
3 增强PLC控制系统可靠性的设计方案
3.1 安装与布线设计
PLC控制系统的布线必须远离强电磁场的干扰源，例如：功率较大的晶体闸管、高频变频器、大型电力设备等，严禁与高电压电器安装在同一个开关柜内。输入与输出的电流电线分开铺设走线，开关量与模拟量分开敷设，隔断外界信号干扰。交流与直流的输出线分别采用不同的电缆，且输出线尽量远离高频电压线和动力线。输入接线的长度小于30米，当环境干扰影响较小时、电压不大时，输入接线可根据实际情况适当家常。例如，四川宏兴钢铁厂采用PLC的I/O远程模块的电源线布置在同一线槽中，且使用屏蔽电缆，电缆输入与输出信号采用5～20mA或0～15mA的电流传输方式，以强电流传输阻断了干扰。
3.2 电源、电流、电波负载处理
对电源、电流和电波负载的处理方式主要有以下几种方案。电源：在控制器的编程里加入电源输入端的隔离变压器低通滤的程序，提高抗高电压共振干扰能力，且将屏蔽层接入地面。电流：采用UPS供电，输入交流电，自动化控制额定电流。UPS供电可提高PLC电流的稳定输入，能够有效的抗干扰隔离。电波：运用电源滤波器滤除电峰冲击脉的干扰，抑制传导带来的干扰项，且防止PLC的电磁波外泄。在电波负载的两端使用并联电容和电阻，并连接二极管，将传统电波转变为驱动型负载电波，加强其抗干扰性[3]。例如，目前有些钢铁厂引进的负载处理程序，就是利用UPS供电时对电源、电流、电波负载处理原理，将其写入程序，实现电源的可持续化、电流的交直流自动装换、电波的有效控制。
3.3 优化接地方式
优良的接地方式是PLC安全可靠运行的首要前提，相较于传统接地方式而言，采用并联一点的接地方式，可以有效的将地线引导进入地级，克服公共地线的阻抗。接地极的地线电阻必须小于1Ω，地线横截面积大于1mm2，距离建筑物15～20米远。当今市面上热销的复合型材质的地线，有效的摒弃了传统地线的复杂接地方式，很好的实现了并联一点、一步到位的接地模式。
3.4 电流电波的冲击处理
对电流点击的冲击处理选择串联法和并联发。串联法降低负载工作电流，并联法限制电流启动时的冲击幅度。
3.5 高可靠性、稳定性的硬件系统设计
基于PLC内部元器件纷繁复杂、质量参差不齐，需要采用高品质的信号元件和输出执行元件，再加上成熟的技术（PLC故障、逻辑检验技术），合理配置软硬件的资源冗余。例如，软件资源耗损控制在20%，硬件耗损控制在15%，超出标准设定值时，系统自动报警并停机。
4 结语
PLC控制系统为钢铁厂高效运营提供着保驾护航的重任，对其可靠性设计需要考虑软硬件各方面的问题，加强其抗干扰能力，对系统进行优化设计，提高软硬件的工作能力。上述可靠性的设计方案均是根据PLC工作实际情况出发，对提高系统的可靠性发挥着重要作用。
参考文献
[1]汤煊琳.钢铁厂除尘系统的PLC控制系统设计[J].黑龙江科技信息，2014，（31）：2-3.
[2]张静.钢铁厂备煤自动控制系统的设计与实现[J].微计算机信息，2015，24（28）：124-125，120.
[3]董秀林，归正等.钢铁厂用自行式平板运输车[J].中国冶金，2014，（9）：39-41.
