PLC控制系统在选矿工艺中的可靠性研究.pdf

第3 3卷第 5期 2 0 1 1 年 l 0月 甘肃冶金 GANS U METAL LURGY V0 1 ． 3 3 No ． 5 Oc t ．， 2 01 1 文章编号 1 6 7 2 - 4 4 6 1 2 0 1 1 0 5 - 0 1 1 0 - 0 2 P L C控制 系统在选矿工艺 中的可靠性研 究 张彩红 白银有色集团公司 采购公司 ， 甘肃白银7 3 0 9 0 0 摘要 P L C具有安全性高、 稳定性强、 扩展性好、 维护方便等优点， 随着科技的发展， 选矿工艺对 P L C的依赖性也 逐渐提高。通过在选矿工艺中 P L C控制的可靠性方面所遇到的情况进行分析， 给出提高其可靠性的具体措施。 关键词 P L C； 选矿； 可靠性 ； 自动控制 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 B Re l i a bi l i t y S t ud y o f PLC Ap p l i c a t i o n i n t he Co n c e n t r a t i o n Pr o c e s s Z HANG C a i h o n g B a i y i n N o n - f e r r o u s M e t a l s G r o u p C o ．L t d ． ， B a i y i n 7 3 0 9 0 0， C h i n a Ab s t r a c t PL C i s c h a r a c t e ri z e d w i t h t h e h i g h s e c u ri t y ， h i g h e x p a n s i b i l i t y a n d e a s y ma i t a i n a n c e ． No w a d a y s C o n c e n t r a t i o n p r o c e s s r e l i e s d e e p e r o n t h e P L C s y s t e m．t h i s p a p e r a n a l y s e s r e l i a b i l i t y p r o b l e ms e n c o u n t e r e d i n t h e P L C a p p l i c a t i o n i n t h e c o n c e n t r a t i o n p r o c e s s a n d p u t f o r w a r d c o n c r e t e me a s u r e s t o e n h a n c e r e l i a b i h y i n t h e a p p l i c a t i o n ． Ke y W o r d s P L C； c o n c e n t r a t i o n；r e l i a b i l i t y；a u t o ma t i c c o n t r o l 1 引言 P L C 可编程逻辑控制器 是以微处理器为基 础， 综合了计算机技术、 自动控制技术和通信技术而 发展起来的一种电子装置， 专门为工业环境而设计。 它采用可编程存储器， 用来在其内部存储执行逻辑 运算、 顺序预算、 计时、 计数和算术运算等操作的指 令， 并能通过数字式或模拟式的输入和输出， 控制各 种类型的机械或生产过程u 。P L C及其有关 的外围 设备都易于与工业控制系统形成一个整体， 易于扩 展其功能。 P L C具有抗干扰能力强、 可靠性高、 功能完善、 适用性强、 体积小、 重量轻、 能耗低、 维护方便、 易改 造等特点， 深受 P L C开发人员和操作使用人员的欢 迎。由于具有诸多的优点， 广泛应用在工业控制的 如下领域 1 开关量逻辑控制。这是 P L C应用的最基本 最广泛的领域， 它取代了传统的继电器等顺序控制 器装置。 2 过程控制， 主要是对温度、 压力等连续变化的 模拟量实现的闭环控制。P L C具有 P I D闭环控制功 能， 在化工、 机械、 冶金、 电力等行业得到广泛应用。 3 运动控制， 用于圆周或直线运动的位置、 速度 等的控制。一般使用 P L C的专用智能模块， 使运动 控制和顺序控制有序地结合在一起， 广泛用于机械 控制中， 可以对步进电机或伺服电机的单轴或多轴 系统实现控制。目前机器人设计的领域也使用 P L C 的机械控制来实现。 4 机械加工机床的数字控制。P L C和计算机数 控装置组合成一体， 可以实现数值控制， 组成数控机 床。 5 数据处理。P L C可以执行数字运算、 数据传 送、 转换、 查表和位操作等功能， 可以完成数据的采 集、 分析和处理。 6 P L C具有多种通信接口， 可以与很多智能设 备交换数字信息， 通过网络 P L C可以和远程 I／ O通 信， 实现 P L C与主计算机通信联网的功能。 2 P L C在选矿工艺中的设计原则 选矿业的快速发展， 对 自 动控制 的要求越来越 高， 易操作性和安全性已经成为现代选矿行业建设 的核心。因此， 设计时要满足以下的设计原则 1 最大限度地满足生产控制要求。应根据实际 情况， 对现场实际考察， 了解机械设备的操作和控制 黝瓣 0 m 第 5期 张彩红 P L C控制系统在选矿工艺中的可靠性研究 要求， 和现场操作人员沟通， 设计出最合适的电气控 制方案。 2 在满足控制要求的情况下， 尽可能地节约成 本 ， 做到经济、 实用。 3 设计时， 要将控制设备的使用安全环保性和 稳定性放在首位。 4 系统具有冗余设计， 适应工业现场。 3 P L C设计的可靠性研究 3 ． 1 硬件措施 1 要根据选矿厂给出的现场抗干扰指标， 对 P L C科学合理的选型。选择具有完善的输入、 输出 功能的模块， 保证系统能很好地处理模拟量、 数字量 和开关量。 2 选择高性能的电源。电源是干扰进入 P L C 的主要途径之一 ， 在进 P L C之前要加带有屏蔽层的 隔离变压器和低通滤波器， 屏蔽层应可靠接地。 3 由于选矿的地理位置相对恶劣 ， 并常与强电 设备一起工作， 所以P L C安装要更加规范 】 。应远 离强磁场干扰源， 信号线如果不能避开干扰源， 应采 用光纤电缆。如果要在室外安装的话， 需要采取防 雷措施。 4 良好的接地也是提高抗干扰能力的重要手段 之一， 可靠的接地可以抑制干扰冲击、 保护电气设 备。P L C属于低压单点接地， 接地方式有3种， 分别 为串联式单点接地、 并联式单点接地、 多分支单点接 地 引。 串联式单点接地是指多个低压电气设备的接地 端与最近处的同一根接地线连接， 这根接地线再与 接地装置相连 。这种连接的优点是节省人力、 物力 ， 但是如果公共接地线断路， 其中一台设备漏电的话， 那么其余设备外壳上就会产生电压， 这样便对操作 人员的人身安全构成威胁。 并联式单点接地是指多个低压设备的接地端分 别引出一根接地线， 并将这些设备的接地线连接到 接地装置上。这样连接 时， 不会 因为其 中一根接地 线断路而影响其它接地线 ， 一台设备漏电， 不会导致 其余设备的外壳带电， 很好地保证了操作人员的人 身安全。但是如果是电子设备或其它对高频干扰高 度敏感的电气设备， 来自于其它设备的高频干扰将 会从公共地点串人， 干扰设备正常工作。 多分支单点接地和并联式单点接地一样， 不同 的是直接接到了离接地体最近的接地装置上， 而且 每个设备在电气回路上的距离相对较远。这虽然可 以避免电磁干扰， 但是浪费了人力、 物力， 而且单独 接地体不好找。根据选矿厂的具体现场情况， 可以 采用并联式单点接地 。 5 一般选矿厂设备都是 2 4 h 不间断运行， 如果 设备出现故障， 将会对设备和生产造成影响。比如 球磨机控制出现故障， 不能正常运行， 那么就会影响 设备运转和生产效率， 从而造成经济损失。所以在 P L C 设计时， 要考虑系统的硬件冗余， 如果当控制系 统出现故障， 而导致设备损坏和生产紊乱， 甚至有可 能对操作人员的安全造成威胁。设计时使用冗余系 统或热备用系统可有效地解决以上问题， 而且会提 高系统的可靠性。 冗余系统就是由2台完全相同的设备构成一主 一 备的 I／ O系统， 2 个 C P U模块 一主一备 使用相 同的控制程序并行工作， 备用模块的输出是被禁止 的。当主 C P U无法工作时， 备用 C P U立即开始工 作。在系统正 常运 行时 ， 由主 C P U控制 系统 的运 行， 备用 C P U的 I／ O映像表和寄存器通过冗余处理 单元被主 C P U同步刷新； 接到主 C P U的故障信号 后， 冗余处理单元在很短时间 不多于 C P U的 3个 扫描周期 内将控制功能切换到备用 C P U ， 由备用 C P U接替主C P U的工作， 以保证系统正常运行。热 备用系统是指2 个 C P U连接在一起， 当主 C P U无法 工作时， 主 C P U将信号传递给从 C P U ， 使从 C P U接 替主 C P U继续工作， 这个接替的时间有些长， 系统 里面没有冗余处理单元。 3 ． 2 软件措施 工控机和P L C 本身都有很高的可靠性， 但是如 果软件对错误信号的抵御能力不强或者是对设备故 障的判断力不够准确， 那么也将降低系统的可靠性。 针对选矿厂的特点， 要提高可靠性， 从软件措施上要 做到以下几点 1 具有记忆和恢复功能。当选矿厂停电或者 出 现故障停车时， 要求将停车之前的动作储存起来， 以 保证恢复运行的时候能继续停车时的动作， 所以必 须要求有记忆和恢复功能。 2 设计定时器监控报警。在设备运行时， 该定 时器对设备的运行状态进行监控 ， 当出现死循环 时 立即报警， 通知操作人员。报警方式有声光报警和 画面报警 。 3 软件互锁功能。在设计时必须充分考虑软件 的互锁功能和硬件的互锁功能一起工作， 比如当皮 带传送矿物的时候， 正转运行和反转运行必须互锁， 才能保证设备的正常运行。 4 软件容错技术。该技术是为了更好地提高系 统的可靠性， 使 P L C在出错的情况下能及时发现错 误并排除错误。在现场设备信号不是全部可靠的情 下转第 l l 5页 ， 4F1 W J “ r r r t ‘ 一 第 5期 黄志娟 物资采购电子商务系统在有色行业的应用研究 1 l 5 等 。 4 ． 3 ． 5查询统计 提供系统信息查询、 统计分析功能。 4 ． 3 ． 6系统管理 提供系统权限设置、 基础信息维护功能。 5 经济与效益分析 1 大幅提高了企业管理的先进水平。本系统能 够支持公司对所属分公司制定统一的采购管理和运 作流程， 包括采购需求计划制定、 审批 ， 合同审批， 入 库， 出库等流程的统一控制和管理。能够使集团公 司规模经营的优势得到充分发挥。因为只有通过覆 盖整个集团公 司的物 资采购管理信息 系统才能准 确、 迅速 、 科学地对各单位分散在各地 的大量材料库 存数据进行查询、 管理、 核算、 统计、 分析研究 ， 及时 合理科学的制定采购计划， 以此来指导企业的经营 及管理 。 2 能够做到较大幅度的增收节支。通过采购系 统制定科学合理的采购计划， 达到控制各分公司材 料库存水平， 最大程度降低库存 ， 加速资金的周转， 有效的防止材料积压或者急缺的现象。同时， 通过 采购系统对采购过程的严格有力的控制， 防止了采 购需求计划审批、 合同审批、 人库、 出库流程中容易 出现的差错和漏洞， 避免给企业造成各种经济损失。 此外， 采购系统的使用提高了采购员的办事效率， 减 少了采购工作的人事费用开销， 并且通过信息传输 方式的网络化和工作方式的改变， 节省了采购部门 大量电话、 传真等办公通信费用和采购员差旅费用。 3 推进有色行业生产和经营模式的优化和流程 再造 。当前 I n t e me t 的普及 和发展 ， 交互式 We b应 用的出现导致了电子商务浪潮的兴起， I n t e me t 作为 网络经济乃至知识经济的引擎将彻底改变人们的生 存环境和企业的经营管理模式， 特别是电子商务跨 越了空间和时间的限制， 直接对原有的商务模式发 起猛烈的冲击， 从而也重新定义了新经济时代企业 生存、 发展的全新规则。对于企业规模相当庞大的 有色行业， 电子商务必定成为生产经营的重要组成 部分。本采购系统为将来的电子商务应用提供了坚 实的基础 ， 无论在软件或在硬件方面都预 留了可扩 充的接口， 从而进一步推进公司生产和经营模式的 优化和流程再造 。 6 结语 物资采购系统的实施给有色行业的物资采购工 作带来了明显的改善和收益， 使采购管理更加科学， 同时减少管理层次， 使机构更加扁平化， 有利于高层 管理者对采购部门人员的工作质量、 工作能力及工 作效率 的了解 ， 人力资源也得到了最大程度的开发。 此外， 物资采购系统的应用， 增大了采购过程的透明 度， 有利于跨二级单位工作的连续性、 一致性， 大大 提高了工作效率和采购效率。通过该系统的实施使 采购资源共享、 集中采购、 采购业务处理成本减少、 采购业务周期缩短成为可能， 节省了大量采购资金， 最终达到降低产品成本的目的。 收稿 日期 2 O l 1 ．0 5 1 6 上接 第 1 1 1页 况下， 对于非严重影响设备运行的故障信号， 在程序 中采取不同时间的判断， 以防止输出点抖动而“ 伪 报警” 。若延迟一定时间后， 报警信号仍未消失， 则 执行相应操作 J 。信号间的组合逻辑可以构成条 件判断， 充分利用组合逻辑的关系， 既使个别信号出 现逻辑错误 ， 也不会对整个 系统 的逻辑判断造成影 响 ， 进而影响设备的正常运行 J 。 4 结语 P L C在选矿行业的应用普及和其可靠性是息息 相关的， P L C的可靠性又是由硬件系统和软件系统 的可靠性决定。本文通过在硬件配置上增强其抗干 扰的能力， 提高系统的可靠性， 并能在软件设计上满 足控制要求的情况下， 及时准确地对选矿设备进行 控制， 充分发挥了P L C的优势。 参考文献 [ 1 ] 边春元 ， 任双艳 ， 满永奎． 7 - 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C实用开发指 南[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 2 ] 刘其奎， 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