火电厂输煤程控系统的可靠性措施

ＴｈｅＡｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇＭｅａｓｕｒｅｓｏｆＰＬＣＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｉｎＣｏａｌＣｏｎｖｅｙｉｎｇＳｙｓｔｅｍｏｆＰｏｗｅｒＰｌａｎｔ

孙磊

（山东经济学院，山东济南２５００１４）

摘要：为保证火电厂输煤程控系统安全可靠地运行，本文从硬件和软件两方面提出了完善、有效的可靠性措施。硬件方面主要采用继电器信号隔离、设备接地屏蔽、电缆选择和敷设等方法，软件方面则采用数字滤波、软件容错技术，进一步弥补硬件上的不足，并减少对硬件的依赖性。关键词：ＰＬＣ程控系统；可靠性措施

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｓｏｍｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓｆｒｏｍｂｏｔｈｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅＰＬＣｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｔｏｗｏｒｋｒｅｌｉａｂｌｙ．Ａｓｆｏｒｈａｒｄｗａｒｅ，ｊａｍｍｉｎｇｃａｎｂｅｒｅｍｏｖｅｄｂｙｉｓｏｌａｔｉｎｇＩ／Ｏｓｉｇｎａｌｓｗｉｔｈｒｅｌａ，ｇｒｏｕｎｄｉｎｇａｎｄｓｈｉｅｌｄｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｃｈｏｏｓｉｎｇａｎｄｌａｙｉｎｇｃａｂｌｅ，ｅｔｃ．Ｆｏｒｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｄｉｇｉｔａｌｆｉｌｔｅｒａｎｄｆａｕｌｔ－ｔｏｌｅｒａｎｔｃａｎｂｅａｄｏｐｔ－ｅｄｔｏｍａｋｅｕｐｗｉｔｈｔｈｅｌａｃｋｏｆｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｄｅｃｒｅａｓｅｔｈｅｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｆｉｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＬＣｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ；ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓ

中图分类号：ＴＫ３２

文献标识码：Ｂ

文章编号：１００７－９９０４（２００５）０５－００６３－０３

１前言

作为一种应用于工业控制的自动装置，ＰＬＣ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，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，ＰＬＣ系统故障可分为内部故障和外部故障两大类，内部故障指ＰＬＣ本身的故障，外部故障指系统与实际过程相连的传感器、检测开关、执行机构等部分的故障。ＰＬＣ系统的故障分布情况

如图１所示。

由图可知，系统中只有５％的故障发生在ＰＬＣ内部，说明ＰＬＣ的可靠性远远高于外部设备，提高系统可靠性的重点应放在外部设备方面。因此笔者从硬件和软件两方面考虑，对外部设备综合运用以下几种可靠性措施，在实际运行中收到了良好效果。

２可靠性措施分析

２．１硬件措施

２．１．１信号隔离

目前在电厂输煤程控系统中，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至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。笔者通过对输煤系统外部环境、ＰＬＣ装置内部电路的分析以及实地运用考察，认为尽管

ＰＬＣ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ＰＬＣ输入模块间的信号电缆较长，阻抗较大，电缆间的分布式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

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（２）继电器与ＰＬＣ输入模块相比，耐过电压、过电流冲击的能力较强，可避免引入过压、过流信号而损坏ＰＬＣ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有过这方面的教训。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／Ｏ信号经继电器隔离，与ＰＬＣ系统本体在电路上分开，切断干扰噪声的通道，避免形成接地环路引入的电位差。同时使控制室内、外自成系统，便于调试和维护。

（４）程控系统增加大量继电器是否会相应增加工程投资，答案是否定的。采用继电器隔离后，ＰＬＣ与继电器之间采用ＤＣ２４Ｖ电源供电，继电器与现场设备间采用ＡＣ２２０Ｖ供电，因此ＰＬＣ系统可选用ＤＣ２４Ｖ、３２点Ｉ／Ｏ模块；而不采用继电器隔离，则需选用ＡＣ２２０Ｖ、１６点Ｉ／Ｏ模块。可见前者可节省一半Ｉ／Ｏ模块，对于信号繁多的电厂输煤系统来说，其价值与增加的继电器相当，总投资并未增加。２．１．２接地屏蔽

在程控系统中，良好接地可消除各电路电流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。接地是抑制干扰使程控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（１ＭＨｚ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，设计时应将系统

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，接入输煤系统接地网。

在程控系统中，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信号应采用完全屏蔽的信号电缆，并且电缆的金属屏蔽层也一点接地。若接地点超过一个，接地点之间的电位差将产生噪声电流，形成噪声干扰源。

２．１．３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和开关量信号线、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。

２．２软件措施

在ＰＬＣ控制系统中，除采用硬件措施提高系统的抗干扰能力外，笔者还利用其计算速度快的特点，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经济、有效的方法。

２．２．１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，为此笔者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。其在控制系统中的地位如图２所示：

笔者在程序设计时对设备工作电流、皮带秤煤量、碎煤机温度及振动、煤仓煤位等模拟量信号采取了平均值滤波的方法进行预处理，对输入信号用１０次采样值的平均值来代替当前值，但并不是通常的每采样１０次求一次平均值，而是每采样一次

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（上接第６２页）

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率不高、负载不均衡、不易扩展等。通过改造使用ＲＰＲ环网，可使网络拓朴简洁，ＩＰ地址得到节省，光纤资源得到较高利用，可靠性也得到提高，

同时，ＩＰ环网

ＲＰＲ的公平性也使得

核心设备的端口压力得到很大缓解。ＲＰＲ在

ＩＳＰ中的组网如图３．５所示。□

（收稿日期：２００５－０６－０７）

就与最近的９次历史采样值相加，即：

Ｙｎ＝１／１０ｎ

ｉ＝ｎ－９

#Ｘｉ

其中，Ｙｎ为滤波值，Ｘｉ为采样值。

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回路调节，有效抑制了噪声干扰。

２．２．２软件容错

由于输煤系统现场环境恶劣，干扰信号较多，

Ｉ／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，在程序编制中还应广泛应用软件容错技术。

（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判断，以防止输入接点的抖动而产生“伪报警”。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，本人结合实际情况，在程序中分别设定１５ｓ和２ｓ的延时。

（２）充分利用信号间的组合逻辑关系构成条件判断，使个别信号出现错误时，系统不会因错误判断而影响其正常的逻辑功能。如在程序编制中，皮带的打滑、跑偏及拉绳开关等故障信号均与皮带运行信号串联使用，即只有皮带启动后才能发挥作用。若单纯使用故障信号则可能无法启动皮带。这种方法在现场调试时具有很大灵活性。

（３）筒仓煤位传感器在配煤过程中有误发信号的现象，程序设计时结合筒仓配煤的特点，采取定时配煤方式，并且只设置高、低煤位信号，取消超高、超低煤位信号，减少对传感器的依赖性。

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。

３结论

以上几种抗干扰措施是根据火电厂输煤系统和

ＰＬＣ的应用特点而提出，但对于其它场合的ＰＬＣ程

控系统也同样具有推广应用价值。现场实际运行表明，综合运用上述抗干扰措施能够基本消除现场干扰信号的影响，保证程控系统的可靠运行。□参考文献：

［１］洪吉惠、

黎杰等．监控系统的抗干扰措施．［Ｊ］电世界，１９９７（１２）

［２］黄生睿．输煤程控系统的设计体会．中南电力设计

院，１９９８

［３］王秀鹏．运煤自动化系统的继电器隔离问题．电气传

动自动化，１９９７，（１）：６２￣６３

（收稿日期：２００５－０６－２２）

作者简介：孙磊，电气工程师，主要从事电气设计及ＰＬＣ

程控系统开发。

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