PLC控制系统在选矿工艺中的可靠性研究

摘要：PIE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PLC的依赖性也逐渐提高。通过在选矿工艺中PLC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：PLC;选矿;可靠性;自动控制 O 引言 PLC(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、顺序运算、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…。PIE 及其有关的外围没备都易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能。 PLC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PLC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PLC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。PLC具有PID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PIE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PLC的机械控制来实现。 (4)机械加工机床的数字控制。PLC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。PLC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)PLC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PLC可以和远程L/ 0通信，实现PLC与主计算机通信连网的功能。 1 PLC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。 2 PLC设计的可靠性研究

2.1硬件措施 (1)要根据选矿厂给出的现场抗干扰指标，对 PLC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。电源是干扰进入收稿日期：2010-10-26;修改稿收到日期：2010.12-06 作者简介：贾微(1982·)。女，陕西渭南人.硕士研究生.主要从事计算机控制方面的研究。《冶金自动化》2011年S1 PLC的主要途径之一，在进PLC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PLC安装要更加规范心]。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。PLC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¨1。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～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他接地线，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他对高频干扰高度敏感的电气设备，来自于其他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24h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PLC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。 ·2· 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CPU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CPU无法工作时，备用CPU立即开始工作。在系统正常运行时，由主CPU控制系统的运行，备用CPU的I/O映像表和寄存器通过冗余处理单元被主CPU同步刷新;接到主CPU的故障信号后，冗余处理单元在很短时间(不多于 CPU的3个扫描周期)内将控制功能切换到备用 CPU，由备用CPU接替主CPU的工作，以保证系统正常运行。热备用系统是指2个CPU连接在一起，当主CPU无法工作时，主CPU将信号传递给从CPU，使从CPU接替主CPU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。 2.2软件措施工控机和PLC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H1。 (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PLC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，即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㈣。 .《冶金自动4.J6))2011年s1 3 结束语 PLC在选矿行业的应用普及和其可靠性是息息相关的，PLC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PLC的优势。参考文献： [1]边春元，任双艳，满永奎.$7-300/400 PLC实用开发指南[M].北京：机械工业出版社，2008. [2]刘其奎，黄靖博.矿区电气设备PLC控制系统的抗干扰措施[J].江西能源。2009(1)：56-57，62. [3]王惟.提高PLC系统抗干扰和接地系统可靠性探讨 [J].自动化仪表，2010，3l(8)：55-57. [4]顾华晶，茹光伟.选矿厂PLC自动控制系统可靠性研究[J].中小企业管理与科技，2009(10)：290. [5]张朝英，张华军.PLC控制系统的可靠性分析[J].科技资讯，2010(11)：61. [6]郝久清，肖 立.PLC控制系统的可靠性设计[J].自动化仪表，2005，26(11)：21-24. [编辑：牛巍] 征文通知为适应科学技术Et新月异的变化，促进冶金企业的信息化和自动化，满足读者和作者的需要，《冶金自动化》杂志社与中国计鼍协会冶金分会合作于2011年8月出版《冶金自动化》增刊(有正式出版期刊号，也作为中国计量协会冶金分会年会论文集)，希颦广大作者、读者踊跃投稿。文稿一经录用，将收取论文发表费。4页(以1800字排版格式为1页计算)以内，收取800元;每增加一页加收100元。论文见刊后将向__作者支付100元稿酬。《冶金自动化》增刊自2003年起加入中国知识资源总库“中国重要会议论文全文数据库(CPCD)”。增刊刊出的全部论文在该数据库中均可检索到。增刊出版后，给每篇文章__作者赠送一本。若其他作者需要，可以和杂志社联系订阅，每本收取工本费80元。征文范围计量和检测技术，计控与节能技术，计算机应用及网络技术，企业信息化技术，电气传动自动化，自动控制理论在国内外冶金过程(包括钢铁和有色金属)控制与科学管理中应用的新发展(如专家系统、模糊控制、神经网络等)、新成果和新经验，软件技术和软件产品的应用，特别欢迎有关最新技术的综述文章，也欢迎其他行业工业控制方面的技术论文。非常欢迎有关单位批量论文投稿。以单位专栏形式集中宣传。征文要求 1论文内容应具有实用性和创新性，未公开发表过，以具体实例为对象，重点介绍工作原理、系统组成、技术特点和应用效果等。切勿一稿多投，作者文责自负。 2写作次序：1)文章题目(不超过20字)，2)作者姓名，3)工作单位(一级、二级单位，省市名，邮编)，4)摘要(100— 150字，应包括目的、方法、结果、结论)，5)关键词(3～5个)，6)正文(请在引言部分明确您文章介绍的内容是处于研究、仿真、试验还是正式投入使用，并注明时间、应用厂家)，7)参考文献，8)首页末附__作者简介，包括姓名(出生年)，性别 (民族)，籍贯(××省××市或县人)，职称，学位(指硕士或博士)，院士，从事的主要工作。基金项目请在首页末注明基金名称及基金批准文号，并请寄相关证明复印件;省部级以上获奖项目请提供获奖证明复印件。 3论文字数一般不超过7000字，小四号字，通栏排，引言序号为0，其它标题序号为l、L l、1.1.1…。正文内容中的 (1)，(2)点题后用句号，通常为一段，如内容较多，可将标题升级。注意必要时使用(1)，(2)等标号，不必要时去掉。 4公式或文中出现的外文字母和符号，如英文、俄文、希腊文、大小写、正斜体(量符号用斜体，出现在程序中的量符号用正体)、黑白体(矢量、矩阵用黑体)、上下角码等要缮写清楚，公式中变量的解释一律用“式中，为”，用分号隔开，首行左顶头，接排。文中只有一个公式又不需要引用时，不必标序号;有多个公式时，简单的推导过程可略去，只在结论性公式后标序号即可。投稿网址：www.yjzdh.corn 投稿时请注明：增刊投稿截稿日期：2011一05—3l 电 话：010—63815269，63848128;E-mall：yjzdh@tom.eom 欢迎关于自动化产品的厂商联系广告和参加会议等事宜(mo一63807255，63841318)。《冶金自动化》杂志社 ·3·