1 概述

傳統(tǒng)的儀表顯示及調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用數(shù)顯表及DCS集散控制系統(tǒng)進行顯示及過程調(diào)節(jié)。所施工的煉鐵單位高爐煉鐵系統(tǒng)環(huán)境條件惡劣，自動化系統(tǒng)應用簡單，原儀表顯示采用小型DCS系統(tǒng)，采用調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥，由于原DCS 系統(tǒng)老化導致系統(tǒng)極不穩(wěn)定，儀表顯示不準且不穩(wěn)定，原工控機經(jīng)常無端死機，嚴重影響了正常的生產(chǎn)，不得不采用數(shù)顯表臨時顯示。廠家要求改換新的自動控制系統(tǒng)，最好不用DCS 系統(tǒng)。鑒于西門子PLC S7-300 系統(tǒng)的普遍應用，我們建議用戶改用PLC 代替原來的DCS。

2 PLC S7-300自動化系統(tǒng)架構

系統(tǒng)架構如圖1 所示。

系統(tǒng)配置如表1 所列。

該公司380 m3 煉鐵高爐自動化控制系統(tǒng)包括上料卷揚、高爐本體、布袋除塵與熱風爐共四個子系統(tǒng)，現(xiàn)場儀表包括壓力、溫度、流量、物位等50 多個點。

系統(tǒng)采用西門子PLC S7-314 作為控制器，通過配電器進行壓力、流量、液位等信號的隔離，接入模擬量輸入模塊進行實時數(shù)據(jù)的采樣，通過CPU 的程序進行數(shù)據(jù)處理轉換為數(shù)字量(工程量)再與工控機的變量進行連接，在工控機的監(jiān)控畫面上進行顯示。通訊采用MPI 協(xié)議，PLC 通過PC/MPI適配器電纜進行與上位機的通訊。工控機監(jiān)控軟件采用WINCC V6.0。操作系統(tǒng)采用Windows2000 專業(yè)版，編程軟件采用西門子STEP7 V5.4。

值班室放置工控機及PLC 控制柜一套。工程師可以根據(jù)實時曲線和歷史曲線及相應生產(chǎn)指標之間規(guī)律，確定重要參數(shù)區(qū)域，進行工藝分析判斷，高效地得到技術分析結果，以便尋求到高爐生產(chǎn)過程工藝參數(shù)的最佳范圍和各參數(shù)間的最佳組合，從而最大限度地挖掘高爐潛力，不斷改善技術經(jīng)濟指標。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)方法及抗干擾分析

儀表信號為模擬小電流信號，由于原系統(tǒng)未做接地處理，動力電纜和信號電纜在一個電纜橋架內(nèi)敷設，壓力、流量、液位等4耀20 mA 電流信號原先經(jīng)過配電器進入DCS系統(tǒng)，技術人員在拆除原線路后重新接線時未通過配電器連接到PLC模塊，導致隔壁的上料卷揚變頻器啟動后，使工控機上的信號時有時無甚至變化幅度很大，其中對溫度信號的影響不大。

3.1 干擾原因

經(jīng)過對系統(tǒng)的綜合分析，引起干擾原因一般有以下方面。

1)電磁感應也就是磁耦合。信號源與儀表之間的連接導線、儀表內(nèi)部的配線通過磁耦合在電路中形成干擾。如變壓器、交流電機、高壓電網(wǎng)等周圍存在交變磁場的干擾。解決方法是將導線遠離這些強電設備、動力網(wǎng)，調(diào)整走線方向及減小導線回路面積，采用雙絞線等。

2)靜電感應也就是電的耦合。當把信號線與動力線平行敷設時，由于動力線到兩根信號線的距離不相等，所以分布電容也不相等，從而在兩根信號線上產(chǎn)生電位差，有時能達到幾十mV甚至更大，特別是高頻設備及整流變頻設備的高頻干擾。

解決方法是采用絞合線或將動力和信號線分開。

3)振動導線在磁場中運動時，會產(chǎn)生感應電動勢，因此在振動的環(huán)境中把信號導線固定是很有必要的。

4)不同地電位引入的干擾接地方式不同，以及不同的地區(qū)都會引入干擾，針對系統(tǒng)特點，采取適當?shù)慕拥胤椒ā?/p>

3.2 干擾的抑制方法

干擾的抑制方法主要有以下三種。

1)消除噪聲源如變頻器就是最大的噪聲源，并且未作接地處理，實現(xiàn)起來很麻煩。

2)破壞干擾途徑如信號導線的扭絞減小串模干擾;采用屏蔽層把信號導線包起來隔斷各種場的干擾，并且屏蔽層必須接地;對于變化速度很慢的直流信號可以在儀表的輸入端加入濾波電路，以減小混雜信號的干擾;對于共模干擾通常采

取的措施是將二次儀表與地絕緣，信號源在系統(tǒng)處接地，信號回路在系統(tǒng)處單點接地，信號屏蔽層接地點靠近系統(tǒng)地點接地;采用信號隔離器或配電器等進行隔離以減小地電位不同的影響。

3)軟件措施修改計算機程序中的濾波時間或采用軟濾波等措施。

對現(xiàn)場系統(tǒng)運行過程中的干擾通過屏蔽接地、信號接地、修改濾波時間、加裝濾波電容等使干擾問題有所改善，最后還通過加配電器進行隔離后，干擾去除。

4 結語

整套系統(tǒng)采用西門子的PLC S7-300 系列CPU和工控機實現(xiàn)儀表的監(jiān)控，性價比很高，有很好的經(jīng)濟價值。在實現(xiàn)的過程中發(fā)生了很多的周折，主要是對儀表信號的抗干擾問題認識不足，采取方法不當造成的。儀表信號必須采取各種抗干擾措施接入自動化系統(tǒng)，其中對信號進行隔離是比較不錯的一種選擇。