摘要：從冶金安全生產(chǎn)的角度出發(fā),急需提高冶金自動化電氣保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。通過對容錯理論的深入研究,設(shè)計出了一種基于PLC技術(shù)的電機(jī)電氣保護(hù)系統(tǒng),并且已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于電機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中的核心工作環(huán)節(jié)。在實踐經(jīng)驗中得出,該系統(tǒng)的容錯性能良好并且具有極高的可靠性,值得繼續(xù)推廣。

關(guān)鍵詞：冶金自動化 電氣保護(hù)系統(tǒng) PLC技術(shù)

中圖分類號：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）08-0000-00

冶金生產(chǎn)中,電機(jī)屬于核心設(shè)備之一。冶金作業(yè)環(huán)境十分惡劣,不僅溫差變化巨大而且空氣中灰塵含量較高,各種機(jī)械同時運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動與沖擊會產(chǎn)生電磁干擾,生產(chǎn)中的電量供應(yīng)質(zhì)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。如何保證電機(jī)安全可靠的運行已經(jīng)成為冶金安全生產(chǎn)的重要工作之一,這將直接管械的職工的人身財產(chǎn)安全,同時還影響著整個冶金的工作效率。

1 冶金自動化電氣保護(hù)系統(tǒng)

作為負(fù)責(zé)電機(jī)系統(tǒng)安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié),電機(jī)操作保護(hù)系統(tǒng)成為了十分重要的環(huán)節(jié),基于電機(jī)操作系統(tǒng)的特點,可以從兩個方面完成可靠性的提升工作：

（1）規(guī)避錯誤發(fā)生的根源。從設(shè)計原理、器件選擇、布線分析、安裝流程和加固措施等細(xì)節(jié)入手,盡可能的降低故障發(fā)生的幾率。這種方式雖然能夠避免一部分故障的產(chǎn)生,但一旦出現(xiàn)意外導(dǎo)致整個系統(tǒng)無法正常工作,就會出現(xiàn)新的問題。所以用規(guī)避錯誤的方法提高系統(tǒng)的可靠性做起到的作用是十分局部的,（2）容錯。解釋為,當(dāng)系統(tǒng)中的某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題后,系統(tǒng)仍然可以繼續(xù)元轉(zhuǎn)并且正常完成任務(wù),其結(jié)果不受故障影響。通過解構(gòu)電機(jī)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)配合外部資源的電氣技術(shù),起到屏蔽系統(tǒng)故障的作用就是容錯的核心思想?？疾靸煞N方法在提高可靠性上面得到的效果分析,基于容錯方法的設(shè)計更加具有優(yōu)勢。本文將從容錯理論和方法的分析入手,深入分析與探討冶金自動化電氣保護(hù)系統(tǒng)中的PLC技術(shù)的成功應(yīng)用。

2 PLC硬件結(jié)構(gòu)組成及實現(xiàn)

如圖1所示,此硬件組成中共安裝了3臺功能完全一樣的PLC,當(dāng)電機(jī)系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)時,每臺PLC都可以單獨完成操作任務(wù)。那么,可以將其中的任何一臺設(shè)定為系統(tǒng)正常工作的必要資源,那么其他兩臺則作為硬件資源完成候補工作,以上便是三模電氣控制系統(tǒng)的重要結(jié)構(gòu)特性。三臺PLC之間不但功能互通而且彼此相連,可以隨時進(jìn)行數(shù)據(jù)的相互傳換,為電氣保護(hù)系統(tǒng)容錯功能的實現(xiàn)提供支持。操作保護(hù)系統(tǒng)會在終端安置傳感器,通過傳感器收集到的信息將被同步輸入到3臺PLC中進(jìn)行處理,以確保每臺PLC中數(shù)據(jù)的相同性。

途中A帶包三態(tài)門,B代表異或門,每種門分別設(shè)置三個。三態(tài)門、異或門和譯碼器共同構(gòu)成了用于屏蔽故障的網(wǎng)絡(luò)W。其中,異或門還有一個十分特殊的功能就是起到比較的作用。設(shè)PLC1wie故障源,而PLC2和PLC3均正常,那么與它們對應(yīng)的輸出量必然存在的差異,此時異或門就會對比B1、B2、B3的情況,給出一組譯碼后的控制信號d1、d2、d3。系統(tǒng)就會賦予d1關(guān)閉三態(tài)門A1的權(quán)利,那么PLC1就會被禁止工作,同時d2負(fù)責(zé)令三態(tài)門A2的開啟,由PLC2負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的輸出功能。這樣,雖然PLC1發(fā)生了故障,也不會對系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)產(chǎn)生任何影響。以此類推,三個PLC無論是其中的任何一臺發(fā)生故障,其它兩臺都能夠擔(dān)負(fù)起輸出的任務(wù),保證電機(jī)系統(tǒng)正常工作。

操作保護(hù)系統(tǒng)中的硬件組成,共設(shè)有相同功能的PLC三臺及故障屏蔽模塊一個：

（1）本系統(tǒng)采用的是性能較強(qiáng)并且價格合理的西門子PLC,型號為S7-300,因為選用了三臺硬件基礎(chǔ)完全一樣的機(jī)子,所以它們之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換傳輸。另外S7-300特有的MPI網(wǎng)還可以為數(shù)字信息的傳輸提供一個高速度的平臺,幫助PLC順利完成數(shù)字模塊的輸入與輸出。（2）三態(tài)門、異或門和譯碼器共同組成了故障屏蔽模塊,其中三態(tài)門選用的的是54LS126,異或門選用的是54LS86,它們都是軍用級別的硬件,具有非常高的可靠性。

3 結(jié)語

本文對基于PLC技術(shù)的冶金自動化電氣保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行的詳細(xì)的硬件分析與功能介紹,重點強(qiáng)調(diào)了其對冶金作業(yè)中惡劣工作環(huán)境的適用能力及強(qiáng)大的容錯性能,解決了冶金自動化系統(tǒng)可靠性的問題。并且通過工業(yè)驗證得出,該系統(tǒng)的確能夠但擔(dān)負(fù)起保護(hù)電機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵人物,可靠性極高,值得進(jìn)一步推廣。

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收稿日期：2015-07-10

作者簡介：趙曉曦（1982—）,男,河北唐山人,本科,工程師,研究方向：自動化控制。