矿井PLC控制系统的可靠措施研究与应用.pdf

l 0 4 东瞧爰 科技 2 0 1 1 年 第3 期 矿井 P L C控制 系统的可靠措施研究与应用 董继杰 东泰能源集团公司， 山东 淄博2 5 5 1 5 4 摘要该文描述了矿井P L C远程控制系统的主要干扰源， 概述了矿井特殊环境条件下， P L C在各类 自动化控制技术通信的特点及信号干扰 的现状， 详细分析了P L C电源、 通讯电缆L ／ o的布线、 动力设备启停等对现场控制技术的诸多问题， 明确了在矿井应用工业以太网技术的目的， 提 出了在矿井构建 自动化控 制平台的对策和采取 的措施。 关键词P L C通信抗 干扰 自动化远程控制 中图分 类号 T D 6 7 文献标识码 C 本文以东泰能源公司矿井水泵远程控制 系统为 例， 介绍用高可靠性接近开关代替机械限位开关， 保证 整个系统的可靠性。 1 系统 简介 东泰公司在 一 5 5 0 m水平和 一 3 5 0 m水平泵房都安 装了水泵远程控制系统。该系统采用了 P R O F I B U S D P 网络对井下水泵进行控制和相关数据采集。整个系统 主要分为三个部分 数据采集层、 水泵控制层、 网络层。 数据采集层主要是通过传感器对现场数据进行采集。 采集数据主要包括水泵电机轴温、 水泵轴温、 进出口温 差、 进出口压力以及水仓水位等； 水泵控制是该项 目的 重点， 可满足地面监控中心用电脑和井下泵房人工用 触摸屏对水泵控制的要求， 同时根据开泵的参数要求 对水泵节点进行顺序控制； 网络层是水泵地面控制的 基础。网络层主要分为三层 自由口数据采集层、 s 7 3 0 0和 s 7 2 0 0之间的 P R O F I B U S D P信息交换层、 s 7 3 0 0与 H MI 之间的通讯以及 s 7 3 0 0与地面电脑的 通讯。具体构成方式如图 1 。 系统由上位机、 下位机和分站组成。由于系统控 }收稿 日期 2 0 1 1 一o 40 8 作者简介 董继杰 1 9 6 8一 ， 男 ， 汉 族 ， 2 0 1 0年 1月毕业 于山东 科 技大学， 自动化专业。曾获得集团公司科技进步二、 三等奖、 公司先 进生产工作者、 获得国家颁发的3 5 t ／ h 锅炉干法脱硫实用新型专利 证书等荣誉奖励。 通 七 泵 数 据 讯 九 泵 数 据 图 1 网络通讯结构 图 分和控制核心选用高性能可编程序控制器西门子 3 0 0 系列 P L C 。检测分为两部分 1 模拟量检测部分， 由 水仓水位传感变送器、 高压柜综保单元、 压力变送器、 负压变送器、 温度传感变送器等组成， 主要用于中央泵 房主排水系统运行参数的检测； 2 开关量检测部分 ， 将启动柜中的真空断路器状态、 电动 阀门的工作状态 与启闭位置等开关量信号接入 P L C ， 可检测系统运行 状态。而执行部分则由下位机及所控制的对象组成 ， 可完成对水泵、 电动闸阀、 电磁阀、 高压柜等设备控制。 在设计安装前考虑到井下各方面的因素， 例， 矿井 比较深， 控制线路远 ， 泵房潮湿， 狭窄， 有一定局限性 ， 控制电源电压波动大， 不稳定等， 采取了相应措施。 样有利于对冷却泵 的保护 ， 延长冷却泵的使用 寿命。 另外， 设置工频一变频转换功能， 在变频器故障时可使 冷却泵工频运行 ， 不影响冷却系统的工作。 3 ． 3 P L C的控 制 功 能 1 冷却泵的均时轮值控制 ； 2 模拟量和开关信 号的检测 ； 3 系统故障的检测 ； 4 变频器运行控制； 5 与上位机的通信。 4结束语 通过分析冷却水系统特点和运行要求， 将冷却水 系统与变频器及测控设备有机结合， 当负荷变化或外 界温度变化造成冷却水出水温度变化时， 通过调整循 环泵运行频率， 达到降低综合能耗的效果 ， 同时保证空 压机安全可靠运行， 为同行业提供了成熟的循环系统 智能控制技术。 嗵 瓢一 鼬 2 0 1 1 年第3 期 d晨 科技 1 0 5 2电源的抗干扰措施 电源干扰主要是通过供 电线路的阻抗耦合产生 的。针对 1 6 0 0 k W 的大功率水泵用电设备， 在 P L C的 交流电源的输入端加接屏蔽层的隔离变压器和低通道 的滤波器 ， 低通滤波器可以吸收掉电源中的大部分“ 毛 刺” ； 隔离变压器可以抑制从电源线窜入的外来干扰， 提高抗高频共模干扰能力， 屏蔽层应可靠接地。电路 图如图 2 。 _ L 。 图2 低通滤波器电路与隔离变压器 高频干扰信号是通过初级、 次级绕组的分布电容 传递的， 在初级、 次级绕组之间加绕屏蔽层， 并将它和 铁心一起接地， 可以减少绕组间的分布电容， 提高抗高 频干扰的能力。也可以选用电源滤波器或功率相适应 的 U P S 净化电源产品。 3 布线的抗干扰措施 数字信号一般对信号电缆无严格的要求， 可 以选 用一般电缆 ， 但针对煤矿信号传输距离较远的特点， 选 用了煤安标志的矿用屏蔽通讯电缆。 P L C应远离强干扰源， 且不能与高压 电器安装在 同一个开关柜内， 安装在距水泵及水泵启动控制柜大 于 1 m的位置， 并远离动力线。 动力部分、 控制部分、 P L C 、 I ／ O电源应分别配线， P L C应采用单 独的供 电回路， 以避免大容量设备对 P L C的干扰。 信号线与功率线分开走线 ， 电力电缆单独走线， 不 同类型的线应分别装入不同的电缆管或电缆槽中， 并 使其有尽可能大的空间距离， 信号线应尽量靠近地线 或接地的金属导体。 当数字量输入、 输出线不能与动力线分开布线且 距离较远时， 可用继电器来隔离输入／ 输出线的干扰。 I ／ O线与电源线应分开走线， 并保持一定的距离。 如果不得已要在 同一线槽 中布线， 应使用屏蔽电缆。 交流线与直流线应分别使用不 同的电缆， I ／ 0线的长 度超过 3 0 0 m时， 输入线与输出线应分别使用不同的电 缆； 数字量、 模拟量 I ／ 0线应分开敷设， 后者应采用屏 蔽线。如果模拟量输入／ 输出信号距离P L C较远， 应采 用 4 2 0 m A的电流传输方式。传送模拟信号的屏蔽 线的屏蔽层应一端接地。为了泄放高频干扰 ， 数字信 号线的屏蔽层应并联电位均衡线 ， 其 电阻应小于屏蔽 层电阻的 1 ／ 1 0 ， 并将屏蔽层两端接地。如果无法设置 电位均衡线， 或只考虑抑制低频干扰时， 也可以一端接 地 。 不同的信号线最好不用 同一个插接转接， 如果必 须用一个插接件， 要用备用端子或地线端子将它们分 隔开 ， 以减少相互干扰。 4 P L C的接 地 良好的接地是 P L C安全可靠运行的重要条件 ， 接 地线的截面积应大于2 m m ， 接地点与P L C的距离应小 于 5 0 m。 在泵房有接地网络可供使用。各控制屏和 自动化 元件可能相距甚远， 若分别将它们在就近的接地母线 上接地， 强电设备的接地电流可能在两个接地点之间 产生较大的电位差 ， 干扰控制系统的工作。为防止不 同信号回路接地线上的电流引起交叉干扰， 必须分系 统将弱电信号的内部地线接通， 然后各 自用规定面积 的导线统一引到接地网络的某一点， 从而实现按制系 统一 点接地的要求 。 5 强 烈 干扰环 境 中的 隔离 措施 P L C内部用光电耦合器、 输出模块中的小型继电 器和光电晶闸管等器件来实现对外部数字量信号的距 离， P L C的模拟量 I ／ O一般也采用光电耦合的隔离措 施。这些器件除能减少或消除外部干扰对系统的影响 外， 还可以保护 C P U模块 ， 使之免受从外部窜人 P L C 的高电压的危害， 为了提高抗干扰能力 ， 对长距离 P L C的外部信号、 P L C和计算机之间的串行通信信号， 可以考虑用光纤 来传输和隔离， 或使用光电耦合器的通信接 口。在腐 蚀性强或潮湿的环境 ， 需要防火、 防爆的场合更适用。 6 P L C输 出的可 靠性措 施 如果用 P L C驱动交流接触器 ， 在负载要求的输出 功率 P L C的允许值时， 应设置中间继电器。P L C输出 模块内的小型继电器的触点小， 断弧能力差 ， 不能直接 用于 D C 2 2 0 V的电路， 必须用 P L C驱动外部中间继电 器的触点驱动外部负载。 7 结 束语 P L C系统硬件技术相对成熟 ， 运行相对稳定可靠， 要结合现场条件和生产过程的特点， 采取最合适的电 源、 数据采集、 通信防干扰的有效可靠措施 ， 以确保信 息的准确性。P L C控制系统抗干扰措施不可忽视。 参考文献 [ 1 ] 李言园． P I E行业应用实践． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 7 ． [ 2 ] 顾德英， 罗云林， 马淑华． 计算机控制技术． 北京 北京邮电大学 出版社 。 2 0 0 7 ．