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提高P﹢LC控制系统供电可靠性的研究与应用

文档作者：陈兰芳柴山孔彦虎曹怡梅文档来源：酒钢（集团）宏兴钢铁股份有限责任公司		点击数：	更新时间： 2025年05月27日
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第３８ 卷第５ 期
２０１６ 年１０ 月
甘　肃　冶　金
ＧＡＮＳＵ　ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ
Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．５
Ｏｃｔ．，２０１６
文章编号：１６７２⁃４４６１（２０１６）０５⁃０１１２⁃０４
提高ＰＬＣ 控制系统供电可靠性的研究与应用
陈兰芳，柴　山，孔彦虎，曹怡梅
（酒钢（集团）宏兴钢铁股份有限责任公司，甘肃　嘉峪关　７３５１００）
摘　要：目前ＰＬＣ 控制系统在冶金行业应用广泛，自动化控制在生产过程控制中起着十分重要的作用。尤其在一
些现场设备多、安装分散、工艺流程复杂的生产场所，因ＰＬＣ 控制系统出现故障直接影响生产产量、造成一定的经
济损失，而ＰＬＣ 控制系统供电故障占系统故障的一大半。本文以酒钢选烧厂ＰＬＣ 控制系统供电为试验对象，为了
提高ＰＬＣ 控制系统供电可靠性，安装一种备用供电电路自动切换装置，解决了当ＰＬＣ 供电出现故障时，自动将ＰＬＣ
控制系统供电切换到备用供电电路，提高了ＰＬＣ 控制系统供电的可靠性，对稳定生产十分重要。
关键词：ＰＬＣ 控制系统；备用供电电路自动切换装置；供电可靠性
中图分类号：ＴＰ２７３　　　　　　　文献标识码：Ｂ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ
Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＰＬＣ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ
ＣＨＥＮ Ｌａｎ⁃ｆａｎｇ，ＣＨＡＩ Ｓｈａｎ，ＫＯＮＧ Ｙａｎ⁃ｈｕ，ＣＡＯ Ｙｉ⁃ｍｅｉ
（ＪＩＳＣＯ Ｈｏｎｇｘｉｎｇ Ｉｒｏｎ ＆ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ． Ｌｔｄ．， Ｊｉａｙｕｇｕａｎ ７３５１００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ， ｔｈｅ ＰＬＣ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ， ａｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｌａｙｓ ａ
ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ． Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｌａｃｅ ｗｈｅｒｅ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｆｉｅｌｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ， ｉｎ⁃
ｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｃａｔｔｅｒｅｄ， ｃｏｍｐｌｅｘ ｐｒｏｃｅｓｓ ｅｘｉｓｔ， ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ＰＬＣ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ａ ｄｉｒｅｃｔ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｕｔ⁃
ｐｕｔ， ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｌｏｓｓ， ｗｈｉｌｅ ＰＬＣ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｆａｕｌｔ ａｃｃｏｕｎｔｓ ｆｏｒ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｈａｌｆ ｏｆ ｔｈｅ ｏ⁃
ｖｅｒａｌｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆａｕｌｔｓ． Ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｏｆ ＰＬＣ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ＪＩＳＣＯ ｂｕｒｎ ｆａｃｔｏｒｙ ｉｓ ｃｈｏｓｅｎ ａｓ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｏｂｊｅｃｔ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ
ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＰＬＣ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ， ａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ｓｔａｎｄｂｙ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ
ｉｎｓｔａｌｌｅｄ， Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ＰＬＣ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｆａｉｌｓ， ｔｈｅ ＰＬＣ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔａｎｄｂｙ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ
ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｏｒ ｓｔａｂｌｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： ＰＬＣ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ｓｔａｎｄｂｙ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｃｉｒｃｕｉｔ；ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ
１　引言
酒钢选矿综合自动化系统的体系结构采用生产
执行系统（ＭＥＳ） ／ 过程控制系统（ＰＣＳ） 二层结构。
该系统由选矿ＰＣＳ、选矿ＭＥＳ 和计算机支撑系统组
成。其中：ＰＣＳ 实行三电一体化集成设计，采用先进
控制技术和以综合生产指标为目标的智能优化控制
技术，具有原料筛分、干选输送、竖炉焙烧、强／ 弱磁
选别、浓缩脱水等过程控制子系统与生产过程多媒
体监控系统，以及竖炉焙烧、磨矿与选矿等生产过程
优化控制子系统。
系统网络结构采用设备网（ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ）、控制网
（ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ） 和以太网（ＥｔｈｅｒＮｅｔ） 三层网络。ＰＣＳ
控制系统采用美国Ｒｏｃｋｗｅｌｌ 公司ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ 系统，
ＭＥＳ 系统的关系数据库为Ｏｒａｃｌｅ８ｉ，通过Ｒｏｃｋｗｅｌｌ
公司的数据集成接口软件ＲＳＳＱＬ，实现ＭＥＳ 和ＰＣＳ
的信息集成。其中ＰＣＳ 控制系统由两级构成：基础
自动化级和过程控制级。基础自动化级与过程控制
级通过工业控制网络联系起来。其中，基础自动化
级要实现对顺序逻辑控制与电路连续控制的集成控
制，把必要的生产过程参数、设备状态等数据实时地
传递给过程控制级，接受并执行过程控制级的优化
控制决策及监控操作指令。过程控制级将根据实际
生产工艺过程的物流关系、反应机理、工艺技术指标
要求及相互关系等多方面因素，在获取基础自动化
级传递的各种检测数据基础上，采用过程优化设定
万方数据
技术，完成对整个选矿生产流程的优化控制和管理。
酒钢选矿ＰＬＣ 控制系统供电采用不间断电源
供电，即ＵＰＳ 供电。ＵＰＳ 型号包括：易事特、荣凯川
仪、山特、ＮＥＴ 等十余种品牌，ＵＰＳ 容量有１ ｋＶＡ、３
ｋＶＡ 和５ ｋＶＡ 三种。ＰＬＣ 控制系统应用中ＵＰＳ 故
障占２０％、ＵＰＳ 主板故障占１０％、ＵＰＳ 风扇故障占
１０％、电池故障占１０％、ＰＬＣ 输入及输出供电故障占
２０％等，这些故障出现直接导致ＰＬＣ 控制系统掉
电，上位机监视信号中断和现场设备停机，就２００９
年６ 月浮选ＰＬＣ 控制系统ＵＰＳ 输入供电断路器故
障，造成浮选本地及远程控制站掉电，现场设备停
机，检修人员２０ ｍｉｎ 故障处理完毕，由于选矿作业
是全流程生产工艺，设备异常状况下停机造成矿浆
不能正常输送到下一个环节，浮选泵坑矿浆淹没电
机三角带打滑不能正常启动，造成选矿全停１．５ ｈ，
生产性事故的发生后果非常严重。通过这次故障的
发生，ＰＬＣ 控制系统供电的稳定性引起生产的高度
重视。作为一名检修维护人员，仅仅依靠日常的点
检和维护工作，已无法满足从根本上解决控制系统
供电可靠性的问题。针对上述问题，我们研究发明
了一种ＵＰＳ 故障自动切换备用旁路装置，从根本上
提高了控制系统供电的可靠性。在低压配电柜安装
备用供电电路自动切换装置，在ＰＬＣ 控制系统供电
出现故障时，通过备用供电电路自动切换装置完成
了备用电路供电的运行，提高了ＰＬＣ 控制系统供电
的稳定性。
２　酒钢选矿ＰＬＣ 控制系统供电
本文以酒钢选矿弱磁远程ＰＬＣ 控制站供电为
例，详细分析控制系统供电原理，研究试验提高系统
控制可靠性的方式方法。图１ 所示为弱磁远程ＰＬＣ
控制站电气供电原理图，包括ＵＰＳ 输入断路器、ＵＰＳ
图１　弱磁远程ＰＬＣ 控制站电气供电原理图
第５ 期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 陈兰芳，等：提高 ＰＬＣ 控制系统供电可靠性的研究与应用　 　 　 １１３
万方数据
机头、ＵＰＳ 输出断路器，经ＵＰＳ 输出断路器给仪表
直流２４ Ｖ （ ＰＯＷＥＲ１ ）、ＰＬＣ 控制直流２４ Ｖ
（ＰＯＷＥＲ２）和ＤＮＢ 直流２４ Ｖ（ＰＯＷＥＲ３）供电，通
过ＰＬＣ 控制系统实现对压力、流量、温度等信号的
检测及现场设备的监控功能。
３　备用供电电路自动切换装置
在日常维护中，由于硬件（断路器、ＵＰＳ 等）、检
修质量（断路器及ＵＰＳ 更换）和现场环境恶劣等因
素降低ＰＬＣ 控制系统运行稳定性，经常出现故障导
致设备停机，给生产造成一定的经济损失。鉴于
ＰＬＣ 控制系统供电的重要性，根据ＵＰＳ 容量大小分
３ ｋＶＡ 以下和３ ｋＶＡ 以上，利用感性负载的特点，电
感对电流的变化有抗拒作用。当流过电感器件的电
流变化时，在其两端产生感应电动势，其极性是阻止
电流变化的。当电流增加时，将阻止电流的增加，当
电流减小时，将反过来阻止电流的减小。这使得流
过电感的电流不能发生突变，直流２４ Ｖ 电源属于感
性负载。我们在原供电电气电路上安装一种备用供
电电路自动切换装置，通过此装置在断路器输入、
ＵＰＳ 及断路器输出供电出现故障时快速、自动切换，
保证ＰＬＣ 控制系统供电电源不间断运行。下面分
别对３ ｋＶＡ 以下和３ＫＶＡ 以上ＵＰＳ 备用供电电路
自动切换原理进行叙述。
３．１　３ ｋＶＡ 以下ＵＰＳ 备用供电电路原理图（图２）
图２　３ ｋＶＡ 以下ＵＰＳ 备用供电电路自动切换原理图
　　继电器做为主、备电源切换的电气元件，当ＵＰＳ
电路正常供电时市电通过断路器ＵＰＳ 入、ＵＰＳ、断路
器ＵＰＳ 出后继电器ＪＺＣ１ 线圈得电，常闭触点断开，
常开闭点闭合。主电源ＵＰＳ 经过继电器常开触点
为负载供电。当断路器ＵＰＳ 入、ＵＰＳ 出、ＵＰＳ 逻辑
控制器、ＵＰＳ 电池故障时，继电器ＪＺＣ１ 线圈失电，常
开触点断开，常闭触点闭合。备用电源市电旁路经
过继电器常闭触点为负载供电。即可实现断路器输
入、ＵＰＳ、断路器输出故障时备用供电电路的自动切
换功能，见图３。
图３　弱磁２＃远程控制站备用供电电路自动切换实物图
３．２　３ ｋＶＡ 以上ＵＰＳ 备用供电电路原理图（图４）
图４　３ ｋＶＡ 以上ＵＰＳ 备用供电电路原理图
　　继电器作为主、备电源切换的电气元件。当
ＵＰＳ 电路正常供电时市电通过断路器ＵＰＳ 入、ＵＰＳ、
断路器ＵＰＳ 出后继电器ＪＺＣ１ 线圈得电，常闭触点
断开，常开触点闭合；继电器ＪＺＣ１ 常闭触点断开后
继电器ＪＺＣ３ 线圈失电，常开触点断开，常闭触点闭
合；继电器ＪＺＣ１ 常开触点闭合后继电器ＪＺＣ２ 线圈
得电，常闭触点断开，常开触点闭合后负载得电。
当断路器ＵＰＳ 入、ＵＰＳ 出、ＵＰＳ 逻辑控制器、
ＵＰＳ 电池故障时，继电器ＪＺＣ１ 线圈失电后常开触点
断开、常闭触点闭合；继电器ＪＺＣ１ 常开触点断开后
继电器ＪＺＣ２ 线圈失电、常开触点断开、常闭触点闭
合；继电器ＪＺＣ１ 常闭触点闭合后继电器ＪＺＣ３ 线圈
得电，常闭触点断开、常开触点闭合，至此完成ＵＰＳ
供电到备用电路供电的切换过程，从而达到了控制
系统稳定的效果，见图５。
１１４ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 甘　 肃　 冶　 金　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 第３８ 卷
万方数据
图５　强磁、弱磁本地控制站备用供电电路自动切换
实物图
４　备用供电电路自动切换信号监视
ＰＬＣ 控制系统安装备用供电电路自动切换装
置，利用这种装置继电器的辅助触点，在ＰＬＣ 控制
系统供电出现故障时做报警提示，联系自动化维护
人员对ＵＰＳ 及辅助设备进行故障处理和检修，及时
消除ＰＬＣ 控制系统供电的隐患，见图６。
图６　弱磁备用供电电路自动切换状态监视
５　结语
ＰＬＣ 控制系统备用供电电路自动切换装置投入
使用后连续五年没有出现故障，降低了ＰＬＣ 控制系
统的故障率，减轻了维护人员压力，控制系统的可靠
性提高了，对稳定生产起到了重要作用。
参考文献：
［１］　邓　李．ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ 系统实用手册［Ｍ］．北京：机械工
业出版社，２００８．１．
［２］　徐国家．ＵＰＳ 电源维修手册［Ｍ］． 北京：电子工业出版
社，２０１０．８．
［３］　张巍山．电工基础［Ｍ］． 北京：中国电力出版社，２０１０．２．
收稿日期：２０１６⁃０６⁃１６
作者简介：陈兰芳（１９６５⁃），女，自动化工程师。一直从事工业自动和
信息化的应用开发工作。
（上接第７４ 页）
　　⑵测区内多处发现金矿（化）体的化探异常区，
附近均有岩浆岩出露或断裂通过，说明该类异常与
成矿作用关系密切，极可能为致矿异常，附近具有较
好的找矿潜力。
　　⑶区内发现多条蚀变体，特征基本相同，主要为
硅化、强褐铁矿化、黄铁矿化、铁白云石化。与“八
卦庙式”金矿有关的蚀变类型－硅化、绢云母化、铁
碳酸盐化、褪色化、绿泥石化、黄铁矿化、磁黄铁矿
化、钠长石化、电气石化相似，说明测区具有很好的
蚀变条件，有较好的找矿前景。
　　⑷该区发现的含金蚀变带或金矿化体，均为少
量单工程控制，也未进行深部验证，建议在此处附近
再布置一些探槽或钻孔，做进一步工作，以控制蚀变
带横向和纵向的延伸变化情况。
参考文献：
［１］　侯冬梅，罗先熔，王建历．陕西省商州洛坪金银铜矿普
查区地质地球化学特征及找矿潜力分析［Ｊ］．黄金科学技术，
２０１０，１８（１）：４０⁃４５．
［２］　李建华．陕西凤太地区“八卦庙式”金矿控矿因素及其
找矿潜力分析［Ｊ］．矿产与地质，２００８，２２（１）：６２⁃６４．
［３］　李发林，王瑞廷，李晓雄．陕西凤太地区铅⁃锌、金成矿
规律及找矿选区［Ｊ］．矿产与地质，２００４，１８（２）：１４３⁃１４７．
［４］　王　相，唐荣扬，李　实，等．秦岭造山与金属成矿
［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９９６：１５６⁃２３９．
［５］　周文武．陕西省凤太地区１：５ 万矿产地质图修编说明
书［Ｍ］．陕西：西北有色地质勘查局七一七总队， １９９９：１０２⁃
１４６．
［６］　芦纪英，李作华，张复新，等．秦岭微板块金矿床［Ｍ］．
西安：陕西科学技术出版社，２００：１⁃１８９．
［７］　江秉忠．大兴安岭凤凰山一带金矿化特征及找矿潜力
分析［Ｄ］．吉林：吉林大学地球科学学院，２０１２：４４⁃５３．
收稿日期：２０１６⁃０５⁃１６
作者简介：马邮国（１９８９⁃），男，硕士研究生，助理工程师。现主要从
事固体矿产勘查工作。
第５ 期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 陈兰芳，等：提高 ＰＬＣ 控制系统供电可靠性的研究与应用

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