水力采煤与管道运输第4期.pdf

2 0 0 5年 1 2月 水 力采 煤 与 管道 运 输 第 4期 火力发电厂输煤程控系统抗干扰措施 栗海峰 尹义梅 1 ．三门峡华阳发电有 限责任公 司燃料部， 河南 三 门峡 4 7 2 1 4 3 2 ．唐 山市 机 械 技 工 学 校 河 北 唐 山 0 6 3 0 00 [ 摘要] 本丈结合三门峡华阳发电有限责任公司输煤程控应用情况， 分析 了输煤 系统程控在实际 应 用 中存 在 的 各种 干 扰 因 素及 针 对 各 种 干扰 因 素 采取 的 技 术 措 施 。指 出造 成 输煤 程 控 信 号 干 扰 的 重 要 原 因 为 PL C 外部 干扰 ， 同时 从硬 件 和 软 件 两 方 面 提 出 了对 外部 设 备抗 干扰 的 措 施 。 [ 关键词] 榆煤程控P L C 抗干扰措施 [ 中图分类号] T P 2 7 3 [ 文献标识码] A[ 文章编号1 1 0 0 6 0 8 9 8 2 0 0 5 0 4 0 0 2 7 0 3 1 前言 建厂较早 的大型火电厂 ， 一般燃煤量大 、 上煤 任 务繁 重， 现场 环境 恶劣 ， 运行 岗位定 员多， 工 作效率 低 。随着国 民经 济的不断发展和对 电力生产需求 量 的不断提高 ， 大机组不断投入运行 ， 落后的生产方式 已越来越难以适应电力生产现代化的需要 。 因此 ， 应 用 目前 国内、 国际先进的程控技 术， 提高输煤系统 自 动化 水平 ， 对 于 电厂安全经 济运 行 、 改善工 作环 境 ， 提高劳动生产率 ， 减人增效具有重大意义。 21 ％ l ％ 6 ％ 23 ％ 圈 p L c 故障 圈 速度信号故障口 跑偏信号故障 圈撕裂信号故障 日煤流信号故障 圈程控接线故障 口 程控继 电器故障 2 故障分析 3 抗干扰措施 ． P L C作 为应 用于工 业控制 的一种核 心装置 ， 本 身具有一定抗干扰能力 ， 比较适应工业现场环境 。 尽 管如此 ， 由于火 电厂输煤系统运行 条件恶劣 ， 各类干 扰信号较多 ， 尤其是磁场干扰大量 存在 ， 使得抗干 扰 问题成为输煤程控 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。 一 般来说 ， P L C系统故障 可分为 内部故 障和外 部故 障两大 类 内部故障 指 P L C本 身的故 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 2 0 0 2年～2 0 0 4年 的故障分 布统计情 况如图 1所示 。 由图 1 可知 ， 系统 中只有 1 的故障发 生在 P L C 内部 ， 说 明 P L C 自身 的可靠 性 远远 高于外 部设 备 。 因此 ， 提高输煤 程控 系统 可靠性 的重 点应 该放 在外 部设 备方面 。 图 1 3 ． 1 硬件措施 3 ． 1 ． 1采用信号继 电器隔离 目前在 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 应用中争论的焦 点 。有观点认为不需 经继 电器 隔 离 ， 可将现场信号 直接送到 I ／ 0 模块 ， 理 由是 I ／ 0模 块 本身具 有一 定抗干扰 能力 ， 模块 内的光 电隔离 器 使 信号在其 内部 、 外部 电路上完全 隔离 ， 再 加上阻容 滤 波电路 ， 可有 效防止干扰 的侵入 。同时 ， 由于省 去 了中间继 电器 ， 系统接线简化 ， 系统故 障点也随之 减 少 。但 通过 多年对 输煤 系统 外部环 境、 P L C装置 内 部 电路的分析 以及 实际应 用观 察 ， 尽 管 P L C自身 有 良好的抗 干扰性 能 ， 但 用于输煤 控 制时采用 继 电器 隔 离仍十分必要 。理 由如 下 1 现场设 备至 P L C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 K I 2 、 动作 功率小 1 w ， 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 。 2 继电器与 P L C输入模块 相 比， 耐过 电压 、 耐 过电流 冲击 的能力较强 。 可避免 引入过压 、 过流信号 而损坏 P L C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 ／ 0信 号经 继 电器 隔离 ， 与 P L C系统 在电路上分开 。 切 断干扰信号 的通 道 ， 避 免形成缓地 环路引入的 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 工程 投资。采用继 电器 隔离后 ， P L C 与继 电器之 间采用 D C 2 4 V 电源供 电， 继 电器与现场设备 间采用 AC 2 2 0 V供 电， 因此 ， P L C 系统可 选 用 D C2 4 V、 3 2点 I ／ 0 模块 ； 而不采 用继 电器隔离 ， 则需 选用 AC 2 2 0 V、 1 6 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 ， 其价值与增加的继 电器相 当， 总投 资并不会因此 而 增 加 。 3 ． 1 ． 2 电缆接地屏蔽 在程控 系统 中， 良好 接地 可 消除各 电路 电流经 公共地 线阻抗 时产生 的感应 电压 。 避 免磁 场及 电位 差 的影响 ， 使其形不成环路 。接地 是抑制干扰 ， 使 系 统可 靠运 行的重 要方 法。 和屏 蔽结 合起 来使用 即 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 常采用单点接地的方式 。P L C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 。 为防止 不同类型地线之 间的干扰 。 应 将系统 中的数字地 、 模 拟地、 屏 蔽地分 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 。 在程控 系 统中 。 P L C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 ／ 0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 。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 2 8 磁干扰源。 3 ． 1 ． 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 。 防止干扰的有效方 法 首先是 注意 电缆 的选择 ， 应选 用金 属铠装屏 蔽型 的 控制 、 信号 电缆 。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。 其次， 电缆的敷设 施工 也是一项 重要 的工 作 ， 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 间的干扰 。 3 ． 2 软 件措施 在 P L C控 制 系统 中， 除采 用硬 件措施提 高系统 的抗干扰 能力外 ， 还可 以利用 P L C运算速度 快的特 点 ， 充分发挥软 件优势 ， 以确保 系统 既不会 因干扰而 停止工作 ， 又能满足工程所要求 的精度和速度。 数字 滤波和软件 容错是达 到这一 目的的两 种既经济又有 效的方法 3 ． 2 ． 1 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转换后 变 为离散 的数字 量信号 。 然 后将形 成的 数据按 时 间 序列存 入 P L C内存 。 再 利用数 字滤波程 序对其进行 处理 ． 滤去干扰部分获得 单纯信号。 其在控制系统 中 的应用如图 2 所示 。 图 2 在程序设 计时将设 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 的方 法进行预 处理 。 对输 入信号用 1 O次 采样 值 的平 均值 来代 替当前 值 。 但并不 是通 常 的每 采样 1 O次求 一次平均值 ， 而 是每采 样一 次与最 近的 9次 历史采样值相加 ， 这 种方 法反映速度 快 ， 具 有更好的 实时性 输入信号经 处理后用 于信号显示或控 制回 维普资讯 水 力 采煤 与 管 道 运 输 第 4期 路调节 ， 可 以有效 地解决外 部信号 传输过程 中 电磁 场的干扰 。 3 ． 2 ． 2 软件容错 由于输煤 系统现场环境 恶劣 ， 干扰信号较多 ， I ／ 0 信号传送 距离也 较长 ， 电磁干扰 常常会使 传送的 信号出错 ， 这 对于程控 系统来讲 ， 将会产生设 备误动 或拒动等 十分严重的后果 。 为提高系统运行可靠性 ， 使 P L C在信号 出错的情况 下能及时 发现错误 ， 并能 排除错误 信号 的影响继 续工 作， 在程 序编制 中还广 泛应用了软 件容错技术。 1 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 ， 在程 序中采 取不 同时间的延 时y - 0 断 ， 以 防止输入接 点抖动 而产 生“ 假故障” 。 若延时后信号仍不消失 ， 再执行相应动 作。如皮带的打滑 、 跑 偏信号 ， 结合输煤 系统设备运 行速度 ， 在程序 中分别设定 1 5 s 和 2 S 的延 时。 2 充分利 用信号 阃的组 合逻辑关 系构成 条件 判断 。 这 样即使个别信号 出现错误 ， 系统也不会因错 误判断丽影响其 正常 的逻辑 功能。 如在程序 编制中 ， 皮带的打滑跑偏及拉绳开头等 均同皮带运 行信号串 联使用 ， 即只有皮带 启动后才能发挥作用 ， 若单纯发 出故障信号将无法启动皮带 。这种 方法在实 际生 产 运用中具有很大有灵活性 。 3 筒仓 、 原 煤仓煤位传感器在配煤过程 中有误 发 信号 的现 象 ． 程 序设 计时结 台筒仓配煤的特 点， 采 取顺序配煤 、 优先配煤 方式和余煤配煤方式 ， 并且所 有方式只根据设置高 、 低煤位信号y - 0 断进行 。 取消超 高 、 超低煤位信号对 配煤方式的影 响， 可 以减少 自动 配煤对传感器韵 依赖性 。 由于设 备安装 调试 时 系统硬 件配置 已经 确定 ， 对其 增加和修 改都 比较困难 ， 而从 软 件方面入 手 则 无需 增加任何 设备 ， 根据 具体情 况采 用不 同的容错 技术 ， 使用方便 、 灵 活 ， 可作 为硬件容错 的补 充， 进 一 步提高系统抗干扰能力 。 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 。 4 结论 以上几种抗干扰措施 是在输煤程控 系统中实际 应 用而总结 出来 的 ， 但对于其它场 合的 P L C程 控系 统也同样具有广泛的应用价值。 现场 实际应 用表 明 ， 综合运 用上述抗 干扰措 施 ， 基本能 够消除 现场干 扰 信号对程控系统的影响 ， 保证程控 系统的可靠运行 。 参 考文献 C 1 ]王 兆 义 ， 可 蝙程 控 制实 用 技 术 ， 机 械 工 业 出版 社 [ 2 ]德 国 西 门 子公 司 ， S 7 2 0 0可 蝙 程 控 制 器 操作 手 册 [ 3 ]德 国 西 门 子公 司 ， 自动 化 技 术 与 S I MATI C S 5 1 1 5 L T [ 作者简介] 粟海峰 1 9 6 9 一 ， 男， 三 门峡 华阳发 电有限 责任公 司工 程 师 。1 9 9 1年 毕业 于 华北 水 利 水 电 学 院 电 气 工程 及 自动 化 专 业 。 [ 收 稿 E l 期] 2 0 0 6 0 8 0 4 上接第 2 6页 以来 ． 该巷 无任何变形 ， 保持 了顶板完整性 ， 大大 提 高支护安全可靠 性。 5 ． 2 减少了 材料费 用， 经济 效益显著 ， 锚网索支 护 直接材料费用远远低 于架棚支护 。 5 ． 3 减少工 人劳动强度 ． 力 口 快施工进度 。 [ 作者简介] 黄 尊 英 1 9 7 9 一 ，男 ， 挂 术 员 ． 山 东 嘉 样 人 ， 2 00 0年 毕 业 于 徐 州煤 炭 建 筑 工 程 学校 ， 毕 业 后 主 要 从 事 技 术 工作 ， 现 在 徐州龙固避矿一掘进二区任挂术员 [ 收稿 El期] 2 0 0 6 0 5 3 1 上接 第 3 2页 在显示屏上 有模拟 显示 ， 只是上述 工作过 程 由操 作 人 员按动按钮来 完成 ， 与 自动操车顺序大致相同 。 5 使 用效果 改造工 程完成后 ， 至今 已投入运 行一年多 ， 与老 系统的使 用情况 相 比较 收效显 著。以 S I ME NS S 7 3 0 0系列 P L C作 为操车 电控和提升信号系统控制中 心 ， 结构 紧凑 ， 功能 强 ， 可 靠性 高 ； 环境 适应性 好 ， 抗 干 扰能力强 ； 使用维修 方便 ． 故 障率低 。新型操 车与 提 升信号 系统 已基本 缓解了 吕家坨矿业分 公司混合 井副提 的提升 紧张状况 ， 为矿 井的 安全高 效生产 提 供 了保障。 [ 作者简介] 徐 向明 1 9 6 8 一 ， 男， 开滦精煤 有限 公司 吕家坨 矿业 分 公 司电 气 工程 师 1 9 9 3年 毕 业 于 山 东矿 业 学 院 。 [ 收稿 El期] 2 0 0 6 0 1 2 5 29 维普资讯