1、火力發(fā)電廠輸煤程控系統(tǒng)抗干擾措施此論文發(fā)表于國家煤礦安全監(jiān)察局煤炭科學研究總院唐山分院主辦的水力采煤與管道運輸2005年第4期 總第95期（國際標準刊號：ISSN10060898 國內(nèi)統(tǒng)一刊號：CN131185/TN）【摘要】本文結(jié)合三門峽華陽發(fā)電有限責任公司輸煤程控應(yīng)用情況，分析了輸煤程控在實際應(yīng)用中存在的各種干擾因素及針對各種干擾因素采取的防范措施。指出造成輸煤程控信號干擾的重要原因為PLC外部干擾，同時從硬件和軟件兩方面提出了對外部設(shè)備抗干擾的措施。【關(guān)鍵詞】輸煤程控 PLC 抗干擾措施 【中圖分類號】TP273【文獻標識碼】A 【文章編號】1006-0898(2005)04-0027-

2、031、 前言     大型火力發(fā)電廠，特別是建廠較早的火電廠，需用燃煤量大、上煤任務(wù)繁重，現(xiàn)場環(huán)境惡劣，運行崗位設(shè)置定員多，工作效率低。隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展和對電力生產(chǎn)需求量的不斷提高，大機組不斷投入運行，落后的生產(chǎn)方式已越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代化電力生產(chǎn)的需要。應(yīng)用目前國內(nèi)、國際先進的程控技術(shù)，提高輸煤系統(tǒng)自動化水平，對于電廠安全經(jīng)濟運行，改善工作環(huán)鏡，提高勞動生產(chǎn)率，減人增效，具有重大意義。作為應(yīng)用于工業(yè)控制的一種自動裝置，PLC本身具有一定抗干擾能力，比較適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。盡管如此，但由于火電廠輸煤系統(tǒng)運行條件惡劣，各類干擾信號較多，尤其是

3、電磁場的大量存在，使得抗干擾問題成為輸煤程控設(shè)計、調(diào)試及運行中的一大難題。許多電廠輸煤程控系統(tǒng)不能長期穩(wěn)定運行，抗干擾能力差是其最主要的原因。  一般來說，PLC系統(tǒng)故障可分為內(nèi)部故障和外部故障兩大類。內(nèi)部故障指PLC本身的故障，外部故障指系統(tǒng)與實際控制過程相關(guān)連的傳感器、檢測開關(guān)、執(zhí)行機構(gòu)等部分的故障。三門峽華陽發(fā)電有限責任公司輸煤程控系統(tǒng)2002年2004年的故障分布統(tǒng)計情況如圖1所示： 圖1由圖1可知，系統(tǒng)中只有1%的故障發(fā)生在PLC內(nèi)部。說明PLC自身的可靠性遠遠高于外部設(shè)備，提高輸煤程控系統(tǒng)可靠性的重點應(yīng)該放在外部設(shè)備方面。因此在實際應(yīng)用中我們從硬件和軟件兩方面考

4、慮，對外部設(shè)備綜合運用以下幾種抗干擾措施，在實際生產(chǎn)運行中收到了良好效果。2 、抗干擾措施分析（一） 硬件措施1.采用信號繼電器隔離目前在火電廠輸煤程控系統(tǒng)中，現(xiàn)場設(shè)備與I/O模塊之間的開關(guān)量信號是否需經(jīng)繼電器隔離，一直是應(yīng)用中爭論的焦點。有觀點認為不需經(jīng)繼電器隔離，可將現(xiàn)場信號直接送到I/O模塊，理由是I/O模塊本身具有一定抗干擾能力，模塊內(nèi)的光電隔離器使信號在其內(nèi)部、外部電路上完全隔離，再加上阻容濾波電路，便可有效防止干擾的侵入。同時，由于省去了中間繼電器，系統(tǒng)接線簡化，系統(tǒng)故障點也隨之減少。但通過在多年維護管理輸煤程控中對輸煤系統(tǒng)外部環(huán)境、PLC裝置內(nèi)部電路的分析以及實際應(yīng)用觀

5、察，我認為盡管PLC自身有良好的抗干擾性能，但用于輸煤控制時采用繼電器隔離仍十分必要，理由如下：    1）現(xiàn)場設(shè)備至PLC輸入模塊間的信號電纜較長，阻抗較大，電纜間的分布式電容充放電效應(yīng)使信號電纜上產(chǎn)生干擾信號，加之輸入模塊的輸入阻抗大（內(nèi)阻約2.5K歐）、動作功率小（小于0.5W），因此輸煤系統(tǒng)中干擾信號易使輸入模塊誤動作。采用繼電器隔離后，繼電器動作功率較大（大于1W），而現(xiàn)場干擾信號僅有足夠的電壓而沒有足夠的電流，難以使繼電器動作，從而有效解決了輸入回路的抗干擾問題。2）繼電器與PLC輸入模塊相比，耐過電壓、耐電流沖擊的能力較強，可避免引入過壓、

6、過流信號而損壞PLC模塊。迄今為止，國內(nèi)已有多個電廠輸煤程控系統(tǒng)在運行和調(diào)試過程中出現(xiàn)過這方面的故障。對于輸出模塊，采用繼電器隔離增加了輸出接點容量，可將繼電器接點方便地接入設(shè)備控制回路中。3）現(xiàn)場I/O信號經(jīng)繼電器隔離，與PLC系統(tǒng)在電路上分開，切斷干擾信號的通道，避免形成接地環(huán)路引入的電位差。同時使控制室內(nèi)、外自成系統(tǒng)，便于檢查和維護。 4）程控系統(tǒng)增加繼電器隔離并不會增加工程投資。采用繼電器隔離后，PLC與繼電器之間采用DC24V電源供電，繼電器與現(xiàn)場設(shè)備間采用AC220V供電，因此PLC系統(tǒng)可選用DC24V、32點I/O模塊；而不采用繼電器隔離，則需選用AC220V、16點I

7、/O模塊。可見選用繼電器隔離方式可節(jié)省一半I/O模塊。對于設(shè)備范圍廣，信號繁多的輸煤系統(tǒng)來說，其價值與增加的繼電器相當，總投資并不會因此而增加。三門峽華陽發(fā)電有限責任公司的輸煤程控系統(tǒng)由具有多年研制開發(fā)輸煤程控的先進經(jīng)驗的西安航天二一O所開發(fā)研制，在設(shè)計中將PLC輸入、輸出均采用繼電器同外界隔離，程控與電控部分各自成系統(tǒng)，通過近十年的生產(chǎn)運行，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，抗干擾能力比較強。2.電纜接地屏蔽在程控系統(tǒng)中，良好接地可消除各電路電流經(jīng)公共地線阻抗時產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，避免磁場及電位差的影響，使其形不成環(huán)路。接地是抑制干擾，使系統(tǒng)可靠運行的重要方法，和屏蔽結(jié)合起來使用即可解決大部分電磁場干擾問題

8、。    在低頻電路中，布線和元件間的電感并不是大問題，而接地形成的環(huán)路干擾影響卻很大，因此通常采用單點接地的方式。PLC控制系統(tǒng)屬于低頻范疇（1MHZ以下），也應(yīng)遵循單點接地的原則。為防止不同類型地線之間的干擾，應(yīng)將系統(tǒng)中的數(shù)字地、模擬地、屏蔽地分別相連，然后匯集到總的接地點，接入輸煤程控系統(tǒng)單獨接地網(wǎng)。    在程控系統(tǒng)中，PLC模塊、電源設(shè)備、繼電器都放在控制柜內(nèi)，對電磁場的屏蔽較好。電磁干擾主要由傳輸導(dǎo)線引入，因此對導(dǎo)線采取屏蔽措施也十分必要。對I/O信號應(yīng)采用完全屏蔽的信號電纜，并且電纜的金屬屏蔽層要采用

9、一點接地。若接地點超過一個，接地點之間的電位差將產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成電磁干擾源。3.電纜選擇與敷設(shè)     信號傳輸線之間的相互干擾主要來自導(dǎo)線間分布電容、電感引起的電磁耦合。防止干擾的有效方法首先是注意電纜的選擇，應(yīng)選用金屬鎧裝屏蔽型的控制、信號電纜。一方面可以減少電磁干擾，另一方面也增強了電纜的機械抗拉強度。其次，電纜的敷設(shè)施工也是一項重要的工作，施工時應(yīng)注意將動力電纜和控制電纜分開，控制電纜中將強電電纜和弱電電纜分開。同時還要注意盡量把模擬量信號線、開關(guān)量信號線、直流信號線和交流信號線分開排列，以減少不同類型信號間的干擾。（二） 軟件措施 

10、   在PLC控制系統(tǒng)中，除采用硬件措施提高系統(tǒng)的抗干擾能力外，還可以利用PLC運算速度快的特點，充分發(fā)揮軟件優(yōu)勢，以確保系統(tǒng)既不會因干擾而停止工作，又能滿足工程所要求的精度和速度。數(shù)字濾波和軟件容錯是達到這一目的的兩種既經(jīng)濟又有效的方法：1. 數(shù)字濾波對于較低信噪比的模擬量信號，常因現(xiàn)場瞬時干擾而產(chǎn)生較大波動，若僅用瞬時采樣值進行控制計算，會產(chǎn)生較大誤差。為此在輸煤程控中通常采用數(shù)字濾波的方法。現(xiàn)場模擬量信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)殡x散的數(shù)字量信號，然后將形成的數(shù)據(jù)按時間序列存入PLC內(nèi)存，再利用數(shù)字濾波程序?qū)ζ溥M行處理，濾去干擾部分獲得單純信號。其在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

11、如圖2所示：軟件A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字濾波程序處理及控制程序D/A轉(zhuǎn)換生產(chǎn)過程信號 電 硬件 磁干擾 圖2在程序設(shè)計時將設(shè)備工作電流、皮帶秤煤量、碎煤機溫度及振動、煤倉煤位等模擬量信號采用平均值濾波的方法進行預(yù)處理，對輸入信號用10次采樣值的平均值來代替當前值，但并不是通常的每采樣10次求一次平均值 ，而是每采樣一次與最近的9次歷史采樣值相加，即：    Yn=1/10Xi其中Yn為濾波值，Xi為采樣值    這種方法反映速度快，具有更好的實時性。輸入信號經(jīng)處理后用于信號顯示或控制回路調(diào)節(jié)，可以有效地解決外部信號

12、傳輸過程中電磁場的干擾。2. 軟件容錯由于輸煤系統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，干擾信號較多，I/O信號傳送距離也較長，電磁干擾常常會使傳送的信號出錯，這對于程控系統(tǒng)來講，將會產(chǎn)生設(shè)備誤動或拒動等十分嚴重的后果。為提高系統(tǒng)運行可靠性，使PLC在信號出錯的情況下能及時發(fā)現(xiàn)錯誤，并能排除錯誤信號的影響繼續(xù)工作，在程序編制中還廣泛應(yīng)用了軟件容錯技術(shù)。1）在目前現(xiàn)場設(shè)備信號不完全可靠的情況下，對于非嚴重影響設(shè)備運行的故障信號，在程序中采取不同時間的延時判斷，以防止輸入接點抖動而產(chǎn)生“假故障”。若延時后信號仍不消失，再執(zhí)行相應(yīng)動作。如皮帶的打滑、跑偏信號，我們結(jié)合公司輸煤系統(tǒng)設(shè)備運行速度，在程序中分別設(shè)定15s和2s的

13、延時。2）充分利用信號間的組合邏輯關(guān)系構(gòu)成條件判斷。這樣即使個別信號出現(xiàn)錯誤，系統(tǒng)也不會因錯誤判斷而影響其正常的邏輯功能 。如在程序編制中，皮帶的打滑跑偏及拉繩開頭等均同皮帶運行信號串聯(lián)使用，即只有皮帶啟動后才能發(fā)揮作用。若單純發(fā)出故障信號將無法啟動皮帶。這種方法在實際生產(chǎn)運用中具有很大靈活性。3）筒倉、原煤倉煤位傳感器在配煤過程有誤發(fā)信號的現(xiàn)象，程序設(shè)計時結(jié)合筒倉配煤的特點，采取順序配煤、優(yōu)先配煤方式和余煤配煤方式，并且所有方式只根據(jù)設(shè)置高、低煤位信號判斷進行。取消超高、超低煤位信號對配煤方式的影響，可以減少自動配煤對傳感器的依賴性。    由于設(shè)備安裝調(diào)試時系統(tǒng)硬件配置已經(jīng)確定，對其增加和修改都比較困難，而從軟件方面入手則無需 增加任何設(shè)備，根據(jù)具體情況采用不同的容錯技術(shù)，使用方便、靈活，可作為硬件容錯的補充，進一步提高系統(tǒng)抗干擾能力。現(xiàn)場實際應(yīng)用表明，數(shù)字濾波和軟件容錯技術(shù)在程序設(shè)計中必不可少，且行之有效。3 結(jié)論    以上幾種抗干擾措施是在三門峽華陽發(fā)電有限責任公司輸煤程控實際應(yīng)用和PLC的應(yīng)用特點而總結(jié)出來的，但對于其它場合的PLC程控系統(tǒng)也同樣具有廣泛的應(yīng)用價