PLC系统在焦炉地下室有害气体检测及防治中的应用

王玉平

【摘要】随着PLC技术的不断发展与广泛运用，PLC技术不断深入到生产、生活的各个领域，PLC技术的拓展应用与探索正在为促进工作效率的进一步提高、生产成本的进一步降低以及本职安全度的进一步提升发挥着积极的作用。通过探索、实践与应用，PLC系统在二线制、三线制、四线制信号的应用中，尤其是在与焦炉地下室有害气体检测及防治的应用中得到了进一步发展。

【关键词】有害气体检测与防治；PLC；焦炉地下室

一、背景

公司共有6座焦炉分别始建于1999年、2006年、2008年，原设计气体报警系统规模各有不同：一期工程2座焦炉地下室原设计有8个氢气检测回路配一个控制器，后经改造氢气检测、一氧化碳检测报警单回路各22个，没有设计排风系统；二期工程2座焦炉地下室氢气检测单回路28个、一氧化碳检测单回路30个、4个声光报警器外加8台轴流风机；三期工程2座焦炉地下室氢气检测、一氧化碳检测单回路各28个、8个声光报警器外加8台轴流风机。气体报警系统运行模式：一系统只报警；二、三系统一级、二级报警联动风机转动。气体报警控制器、探测器分属四个厂家，7个型号，存在的问题：

1、厂家多、型号杂不利于库存管理、库存资金占用量大、生产成本高。

2、故障率高、日常维护检修量大、不尽浪费人力、物力，而且工作比较被动，不能适应日前国家、省、市、县、集团公司对安全生产的总体要求。

3、每个单回路报警控制器在出现一级报警、二级报警时都会发出不同的报警声提示操作人员引起注意，有时甚至多个、亦或十几、二十个报警音相互叠加、此起彼伏、此消彼涨、长时间报警对操作人员容易造成精神过度紧张，从而引起情绪波动、精神疲劳、漠然视之等对生产安全及人身安全产生不利的影响。

4、所有氣体报警控制器报警音在环境工况恢复正常时不能自动消音，必须人为逐个复位，根据炼焦生产特点：每半个小时交换机将进行一次交换，持续时间5分钟，因此操作人员需要每半个小时至少对每一个控制器进行一次消音复位，持续时间5分钟以上直至工况恢复正常。

5、地下室通风机在自动模式下与可燃气体报警控制器在一级报警、二级联动输出接点形成一个自启动回路，当可燃气体报警控制器二级报警时，风机自动启动，否则停止运转。

6、交换机交换时地下室有预警声光报警器提前3钟报警目的是用于提示地下室作业人员立即撤离作业现场防止意外伤害。气体报警系统声光报警器报警音与交换机交换时的预警声光报警器声音相同或接近难以区分，只能就近观察光信号或抵近辨音区别报警出处。

7、报警控制器不能直观、方便、一目了然的直接反映气体探测器的安装位置，也不能有效记录历史报警值，同时不能提供连续可追溯的有效数据记录。

二、改造目的及实现方法

为了消除安全隐患、以人为本创造一个良好的生产环境，有效提高岗位人员对气体高浓度区的识别速率方便准确查找煤气泄露点快速消漏、降低气体报警器故障频次有效保证设备完好率、降低气体报警器备件库存减少库存成本、增加历史趋势记录为生产提供可参考、分析的科学依据、降低生产环境中煤气含量进一步提升职工本职安全度，基于上述原因拟对其进行技术改造。

1、去除原有氢气、一氧化碳气体报警器控制器、电源模块。

2、采用一套独立的基于以太网通讯的PLC系统下位机采集气体探测器信号并转换为可直观识别、带色变显示的基于上位机图形化的气体报警系统进行有毒、可燃气体检测、显示和控制。

3、轴流风机的控制方式由从动排风改为主动排风，并由PLC系统进行相关判断和控制。在煤气交换机交换之前3分钟，启动排风系统风机；在煤气交换机交换之后5分钟，停止排风系统风机；其他时间受控于可燃、有毒气体超标联锁排风或人工手动排风。

4、交换机交换预警声光报警器和有毒、可燃气体超标声光报警器采用光变、人语报警方式以予区分。

5、交换机交换前主动排风信号取之于交换机自带独立PC系统输出信号参与排风系统控制。

6、探测器驱动电源采用独立DC 24V电源直接供电。

7、PLC DO输出、DI输入采用中间继电器隔离有效防止高电压、大电源串入造成的破坏。

三、系统构成及功能

系统采用上位机、下位机结构。上位机主要用于显示报警器的具体安装位置、气体探测器对应的数字实测值及棒性图实测值、棒性图一级/二级报警色变、气体超标联动风机联锁的投用与解除、声光报警器的投用与解除、历史曲线的记录与调用、超标报警的记录与确认、系统数字量的变位记录与调用、排风机手动启/停功能、声光报警器在线测试功能等。下位机主要用于探测器模拟量信号的采集与计算、逻辑分析与判断、输出与控制。

当被测气体含量达到一级报警值以上、二级报警值以下时，上位机画面中以黄色棒性图显示实际工况；当被测气体含量达到二级报警值以上时，上位机画面中以红色棒性图显示实际工况，同时在棒性图下方以科学计数法显示工况实测值。

本系统画面设计风格采用公司生产过程控制DCS系统及其他生产系统用PLC系统设计风格及使用习惯，地下室排风机启、停命令及声光报警器动作情况以不同色标进行显示，红色表示运行状态、绿色表示停止状态。

系统可按照时间先后及优先级自动记录所有报警信息，并形成记录可随时查询。

联锁投用后气体超标系统自动启动声光报警器并保持至人为复位为止，工况正常后人为复位报警消除，再次超限声光报警器自动再次重启，目的是引起工作人员高度重视并采取相应处置措施确保工况处于正常状态。

各测点相互独立、互不影响、独立显示、各自报警能有效区分报警场所及报警位置。

长历史趋势记录为科学分析焦炉地下室工况状态提供了翔实可靠的依据。

下位机采用Modicon Quantum TSXP572623M自动化控制平台，使用ST、LD语言编程方便、快捷、易于实现各项功能要求。自带的TCP/IP内置端口为快速、灵活组网提供了极大的方便。系统采用模块化设计构架容易实现、易于扩展，能根据实际需要灵活调整系统规模大小。每个模块均有小型LCD荧幕显示通道号便于实时监控通道运行状态，编程调试、运行观察极为直观、方便。

上位机采用GE Fanuc智能平台，GE Fanuc Proficy HMI/SCADA iFIX 4.50为用户提供高性能过程监视、控制和数据管理，软件优点：易于扩展和集成，可以方便的根据用户需求快速创建高性能过程窗口，人机界面友好，可随时扩展系统规模，功能强大而广泛、组网灵活易于实现、维护量小、安全性高。

四、改造后的优点

经过改造，公司焦炉地下室气体报警系统运行稳定、可靠，经济、实用，优点明显：

1、采用PC系统动态显示各测点实测值能够直观、明了、形象、快速地反映出焦炉地下室气体超标区域，针对性强，便于工艺系统加强监护。

2、气体报警系统故障率大大降低，备品备件库存减少，故障处理环节、人力资源投入相对减少，大大降低了设备维护成本，提高了工作效率和设备完好率。

3、交换信号报警、气体超标信号报警有效区分大大提高了焦炉地下室安全运行水平，一是能够在交换之前提前预警迅速撤离焦炉地下室作业人员；二是在交换间隔时间气体超标时能够起到及时报警告知工艺操作人员焦炉地下室出于异常状态、并立即采取自动通风措施降低焦炉地下室空间有毒有害气体含量保证地下室处于安全状态。

4、系统运行稳定、可靠，维护量小或基本免于维护，经济耐用。

五、结论

通过探索与实践，在我公司PLC系统与焦炉地下室有害气体检测与防治中的有效结合及成功应用具有极高的推广、使用价值。

参考文选

[1]李建兴.《PLC技术与应用》.机械工业出版社，2011-04-30

[2]郑阿奇，徐斌.《施耐德PLC应用技术》.电子工业出版社，2011-02-01