论文部分内容阅读
【摘 要】焦化是钢铁企业的一个重要组成部分，其备煤系统的任务是将外来精煤进行卸车、贮存并加工配合成符合焦炉生产要求的煤料，包括输煤系统和配煤系统。本文从备煤系统的任务及工艺流程入手，介绍了系统的硬件结构、软件设计，还探讨了一些使用的系统抗干扰措施。
【关键词】PLC；焦化；备煤系统；应用
1 引语
焦化是钢铁企业的一个重要组成部分，其备煤系统的任务是将外来精煤进行卸车、贮存并加工配合成符合焦炉生产要求的煤料，包括输煤系统和配煤系统。具体工艺流程是：原煤由火车运入厂区卸车场，卸车场采用门市螺旋卸车机将煤卸入两侧的导料槽，由皮带机送至煤场分类堆放起来；按生产需要，煤再由煤场经过堆取料机和皮带机送至配煤室，各种不同种类的煤在配煤室按一定比例配合后，由皮带机送至粉碎机室，粉碎后的粉煤由皮带机送至煤塔作为焦炉生产用煤。
2 系统硬件结构
控制级选由西门子的S7-300系列PLC控制器等构成。S7-300是模块化中小型PLC系统，它能满足中等性能要求的应用，模块化、无风扇结构使系统构成灵活，易于实现分布，易于用户掌握。控制量模块包括数字量输入/输出、模拟量输入/输出，模块的数量和配置由当地工作站的所需控制和采集的点数所决定。1）根据预测现场的控制点数及控制回路的数量采用CPU315作为中央处理单元，存贮空间为64K，满足控制需要。另一方面基于本系统控制工作站较多的特点，主要利用CPU315的DP通讯口实现网络架构。2）数字量输入模块采用SM321类型，用于采集现场设备的状态信号。3）数字量输出模块采用SM322类型，用于发送指令到设备控制回路，从而在现场产生动作。4）模拟量输入模块采用SM331类型，用于采集现场温度信号、流量信号、压力信号、瞬时料量信号、位置信号以及阀门状态等。5）模拟量输出模块采用SM332类型，直接输出模拟信号用于控制现场藕合器执行机构的位置以及电动阀开、关状态。
3 控制软件设计
为了保证备煤系统的正常、可靠运行，应满足以下控制要求：1）系统的控制设备具备中央联动运转和机侧单独运转两种控制方式，在中央控制室可对中央联动运转控制方式下的设备进行联动操作，对机侧单独运转的设备进行监视。2）设备在启动和停止过程中，要根据设备完全启动或停止的时间合理设置间隔，以保证无堆料、压料的现象。3）逆料流启动料线，运行过程中，若某一台设备发生严重故障，其上流设备立即停止，下流设备延时净化停止。4）实现配煤系统、堆取料机系统之间的点对点通信。
4 系统抗干扰措施
4.1 硬件措施
4.1.1 信号隔离
目前在备煤控制系统中，现场设备与I/O模块之间的开关量信号是否需经继电器隔离，一直是设计中争论的焦点。有观点认为不需经继电器隔离，可将现场信号直接送到I/O模块，理由是I/O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，便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。我们通过对备煤系统外部环境、PLC装置内部电路的分析以及实地运用的考察，认为PLC自身有良好的抗干扰性能，但在备煤控制时采用继电器隔离仍是十分必要。
4.1.2 接地屏蔽
在控制系统中，良好接地可消除各电路电流经公共地线阻抗时产生的噪声电压，避免磁场及电位差的影响，使其形不成地环路。接地是抑制干扰使系统可靠工作的重要方法，和屏蔽结合起来使用即可解决大部分干扰问题。
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。PLC控制系统属于低频范畴，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，设计时将系统中的数字地、模拟地、屏蔽地分别相连，然后汇集到总的接地点，接入备煤系统接地网。
在控制系统中，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信号采用完全屏蔽的信号电缆，并且电缆的金属屏蔽层采用一点接地。若接地点过一个，接地点之间的电位差将产生噪声电流，形成噪声干扰源。
4.1.3 采用两路电源分别供电
配煤控制两路电源都取自配煤综合楼MCC上，而配煤综合楼MCC电源取自配煤段，配煤系统中的碎煤机电源也取自配煤段，在控制状态下启动碎煤机，因碎煤机启动电流大，对系统冲击大，电压瞬间降低大，经常造成PLC主机死机，导致碎煤机不能启动。通过多次现场试验和实际操作，单独取一路电源，就会消除这一问题，保证了控制系统的稳定运行。
4.1.4 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、电感引起的电磁祸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，一方面减少了噪声干扰，另一方面也增强了电缆的机械强度；其次，电缆的敷设施工也是一项重要的工作，施工时应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布线，以减少不同类型信号间的干扰。
4.2 软件措施
4.2.1 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，为此我们采用了数字滤波方法。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PLC内存，再利用数字滤波程序对其进行处理，滤去噪声部分获得单纯信号。
4.2.2 软件容错
由于备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，在程序编制中还应用了软件容错技术。
由于现场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。
5 结语
综上所述，焦化备煤系统运用了PLC和现场总线技术，解决了一系列备煤过程中的问题，不仅降低了生产成本、降低操作人员的劳动强度，更使系统实时性和稳定性大大提高，具有良好的社会和经济效益。
参考文献：
[1]赵长胜.湘钢干熄焦电机车电气自动控制系统[J].中国科技信息.2011（09）
[2]张宗睿，全喜红.干熄焦电气控制系统存在的问题分析及改进与完善措施[J].伺服控制.2011（02）
作者简介：
马飞（1983.2.16—），女，汉族，河北唐山人，硕士研究生学历，唐山首钢京唐西山焦化有限责任公司，中级工程师，主要从事焦化电气自动化工作。
【关键词】PLC；焦化；备煤系统；应用
1 引语
焦化是钢铁企业的一个重要组成部分，其备煤系统的任务是将外来精煤进行卸车、贮存并加工配合成符合焦炉生产要求的煤料，包括输煤系统和配煤系统。具体工艺流程是：原煤由火车运入厂区卸车场，卸车场采用门市螺旋卸车机将煤卸入两侧的导料槽，由皮带机送至煤场分类堆放起来；按生产需要，煤再由煤场经过堆取料机和皮带机送至配煤室，各种不同种类的煤在配煤室按一定比例配合后，由皮带机送至粉碎机室，粉碎后的粉煤由皮带机送至煤塔作为焦炉生产用煤。
2 系统硬件结构
控制级选由西门子的S7-300系列PLC控制器等构成。S7-300是模块化中小型PLC系统，它能满足中等性能要求的应用，模块化、无风扇结构使系统构成灵活，易于实现分布，易于用户掌握。控制量模块包括数字量输入/输出、模拟量输入/输出，模块的数量和配置由当地工作站的所需控制和采集的点数所决定。1）根据预测现场的控制点数及控制回路的数量采用CPU315作为中央处理单元，存贮空间为64K，满足控制需要。另一方面基于本系统控制工作站较多的特点，主要利用CPU315的DP通讯口实现网络架构。2）数字量输入模块采用SM321类型，用于采集现场设备的状态信号。3）数字量输出模块采用SM322类型，用于发送指令到设备控制回路，从而在现场产生动作。4）模拟量输入模块采用SM331类型，用于采集现场温度信号、流量信号、压力信号、瞬时料量信号、位置信号以及阀门状态等。5）模拟量输出模块采用SM332类型，直接输出模拟信号用于控制现场藕合器执行机构的位置以及电动阀开、关状态。
3 控制软件设计
为了保证备煤系统的正常、可靠运行，应满足以下控制要求：1）系统的控制设备具备中央联动运转和机侧单独运转两种控制方式，在中央控制室可对中央联动运转控制方式下的设备进行联动操作，对机侧单独运转的设备进行监视。2）设备在启动和停止过程中，要根据设备完全启动或停止的时间合理设置间隔，以保证无堆料、压料的现象。3）逆料流启动料线，运行过程中，若某一台设备发生严重故障，其上流设备立即停止，下流设备延时净化停止。4）实现配煤系统、堆取料机系统之间的点对点通信。
4 系统抗干扰措施
4.1 硬件措施
4.1.1 信号隔离
目前在备煤控制系统中，现场设备与I/O模块之间的开关量信号是否需经继电器隔离，一直是设计中争论的焦点。有观点认为不需经继电器隔离，可将现场信号直接送到I/O模块，理由是I/O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，便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。我们通过对备煤系统外部环境、PLC装置内部电路的分析以及实地运用的考察，认为PLC自身有良好的抗干扰性能，但在备煤控制时采用继电器隔离仍是十分必要。
4.1.2 接地屏蔽
在控制系统中，良好接地可消除各电路电流经公共地线阻抗时产生的噪声电压，避免磁场及电位差的影响，使其形不成地环路。接地是抑制干扰使系统可靠工作的重要方法，和屏蔽结合起来使用即可解决大部分干扰问题。
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。PLC控制系统属于低频范畴，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，设计时将系统中的数字地、模拟地、屏蔽地分别相连，然后汇集到总的接地点，接入备煤系统接地网。
在控制系统中，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信号采用完全屏蔽的信号电缆，并且电缆的金属屏蔽层采用一点接地。若接地点过一个，接地点之间的电位差将产生噪声电流，形成噪声干扰源。
4.1.3 采用两路电源分别供电
配煤控制两路电源都取自配煤综合楼MCC上，而配煤综合楼MCC电源取自配煤段，配煤系统中的碎煤机电源也取自配煤段，在控制状态下启动碎煤机，因碎煤机启动电流大，对系统冲击大，电压瞬间降低大，经常造成PLC主机死机，导致碎煤机不能启动。通过多次现场试验和实际操作，单独取一路电源，就会消除这一问题，保证了控制系统的稳定运行。
4.1.4 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、电感引起的电磁祸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，一方面减少了噪声干扰，另一方面也增强了电缆的机械强度；其次，电缆的敷设施工也是一项重要的工作，施工时应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布线，以减少不同类型信号间的干扰。
4.2 软件措施
4.2.1 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，为此我们采用了数字滤波方法。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PLC内存，再利用数字滤波程序对其进行处理，滤去噪声部分获得单纯信号。
4.2.2 软件容错
由于备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，在程序编制中还应用了软件容错技术。
由于现场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。
5 结语
综上所述，焦化备煤系统运用了PLC和现场总线技术，解决了一系列备煤过程中的问题，不仅降低了生产成本、降低操作人员的劳动强度，更使系统实时性和稳定性大大提高，具有良好的社会和经济效益。
参考文献：
[1]赵长胜.湘钢干熄焦电机车电气自动控制系统[J].中国科技信息.2011（09）
[2]张宗睿，全喜红.干熄焦电气控制系统存在的问题分析及改进与完善措施[J].伺服控制.2011（02）
作者简介：
马飞（1983.2.16—），女，汉族，河北唐山人，硕士研究生学历，唐山首钢京唐西山焦化有限责任公司，中级工程师，主要从事焦化电气自动化工作。