萊鋼120萬噸球團感應(yīng)電壓消除方法的研究

山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動化部 王囡囡

萊鋼120萬噸球團感應(yīng)電壓消除方法的研究

山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動化部 王囡囡

本文詳細(xì)介紹了在120萬噸球團熱試車過程中出現(xiàn)高于24V(模板工作電壓24V)的感應(yīng)電壓后，通過分析噪聲、共模干擾、接地、作用于I/O信號上的干擾等原因，采取排除法，找到感應(yīng)電壓產(chǎn)生原因，并采取重新接地和隔離等措施消除感應(yīng)電壓的過程。

熔斷端子；噪聲；共模干擾；接地

1.引言

萊鋼120萬噸球團項目始建于2009年8月，竣工于2010年8月，至今已投入使用1年多，運行情況良好。其工藝控制過程為將鐵精粉與膨潤土按比例混合后，經(jīng)烘干、潤磨、混合后經(jīng)造球盤造成生球，再經(jīng)鏈篦機干燥預(yù)熱后進(jìn)回轉(zhuǎn)窯焙燒成成品球，運至環(huán)冷機上緩冷后運至成品倉庫存或直接運往高爐生成鐵水供下一工序使用。

主控樓建筑布局為一層為低壓配電室(低壓配電柜及變頻器均安裝于此)，二層為PLC控制室，三層為辦公室，四層為造球室，五層為造球盤上料皮帶及裝置。

2.感應(yīng)電壓的出現(xiàn)

在球團熱試車過程中發(fā)現(xiàn)PLC的熔斷端子不斷燒壞。本項目中所有數(shù)字量輸入均是現(xiàn)場來線先通過熔斷端子，再接入數(shù)字量輸入模板的。這樣如果來自現(xiàn)場的接線有接錯或其它故障導(dǎo)致有大電流流過導(dǎo)線時，熔斷端子能先一步切斷電流，保護(hù)PLC控制模板。通過測量發(fā)現(xiàn)有端子損壞的回路其對地電壓有的高達(dá)60V，遠(yuǎn)高于柜內(nèi)所有設(shè)備包括模板、繼電器、配電器的24V供電電源。這么高的感應(yīng)電壓，如果不是在設(shè)計過程中添加了熔斷端子，那么PLC控制模板可能早已燒壞，因此必須盡快消除感應(yīng)電壓。

3.出現(xiàn)感應(yīng)電壓原因分析

要想解決感應(yīng)電壓的問題，就應(yīng)先找到感應(yīng)電壓出現(xiàn)的原因。在熱試車過程中，所有設(shè)備都開始上電準(zhǔn)備單機運轉(zhuǎn)，因此感應(yīng)電壓的出現(xiàn)可能與以下設(shè)備有關(guān)：變壓器、變頻器、造球盤、鏈篦機、現(xiàn)場操作箱等；感應(yīng)電壓的出現(xiàn)還可能與電纜敷設(shè)、接地、電源供電等有關(guān)；感應(yīng)電壓的出現(xiàn)還可能與噪聲、共模干擾、接地不良、作用于I/O信號的外部干擾等有關(guān)。下面進(jìn)行逐項分析：

3.1 噪聲作用

有用信號以外的所有電子信號總稱為噪聲，當(dāng)噪聲電壓大到足夠大時，就足以在接收中造成干擾。一個噪聲問題包括噪聲源、噪聲的傳播途徑和感受體三個要素。通俗的來講，噪聲源即現(xiàn)場使用的大電流設(shè)備，如造球盤、鏈篦機等，傳播途徑為連接到大電流設(shè)備上的導(dǎo)線和通過導(dǎo)線輻射出來的電磁場，感受體即為大電流設(shè)備附近的弱信號回路和電氣控制回路。從以上三要素可以看出，噪聲源是工程中客觀存在的，一旦確定是很難改變的，那我們就要從噪聲的傳播和增強感受體抗干擾能力方面來入手。即在噪聲的傳播路徑上予以衰減，要求在布線、接地、屏蔽、控制室設(shè)計、信號的處理和隔離、供電電源等多方面采取措施。

在增強感受體抗干擾能力方面，要從噪聲的傳播途徑分類上來控制。噪聲的傳播途徑分為幾大類：導(dǎo)線直接傳導(dǎo)藕合、電容性藕合、電感性藕合。感應(yīng)電壓主要來源于電容性藕合。電容性藕合正比于下列因素：噪聲電壓、噪聲頻率、兩導(dǎo)體間的分布電容、受感應(yīng)體的對地阻抗，抑制電容性藕合的最基本方法是減少與噪聲導(dǎo)體間的分布電容。而減少兩導(dǎo)體間的分布電容的最簡單的方法是加大與噪聲之間的距離，而距離是設(shè)計施工已確定的，也很難再更改。因此抑制噪聲的最有效措施就是在噪聲的傳播路徑上予以衰減。

3.2 共模干擾

共模干擾是信號對地的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應(yīng)的同方向電壓迭加所形成。共模干擾與干擾環(huán)境、被測信號源和測量距離有關(guān)。抑制共模干擾可以采取如下措施：

在信號源和控制系統(tǒng)之間施行單點接地；將信號源和控制之間實行隔離，同時隔離前和隔離后分別采用兩組互相獨立的電源，切斷兩部分的地線聯(lián)系。

3.3 接地

檢查接地是否良好，主要指的工作接地，工作接地包括信號回路接地和屏蔽接地。本系統(tǒng)中按照以下規(guī)范進(jìn)行排查：

3.3.1 非隔離信號需要建立一個統(tǒng)一的信號參考點，并應(yīng)進(jìn)行信號回路接地(即直流電源負(fù)極)。

3.3.2 隔離信號可以不接地。

3.3.3 儀表工作接地原則是單點接地，信號回路中應(yīng)避免產(chǎn)生接地回路，如果不可避免地一條線路上兩端接地，采用隔離器將兩接地點隔離開。電磁流量計等要求在現(xiàn)場側(cè)接地。

3.3.4 工作接地在接地匯總板之前不和保護(hù)接地混接。

因此，旅游經(jīng)營實體應(yīng)把握住當(dāng)前旅游發(fā)展的契機，發(fā)揮自身所長，以少數(shù)民族獨特風(fēng)情吸引游客前來消費；在提高收入的同時，發(fā)展和創(chuàng)新自己的旅游產(chǎn)品，提高自身競爭力；提高自身素質(zhì)，結(jié)合當(dāng)代國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗，積極配合政府開展的各類培訓(xùn)工作，不要局限于現(xiàn)有的效益，要有長遠(yuǎn)的發(fā)展眼光；可與同行合作適當(dāng)擴大規(guī)模，形成完整的營銷體系，在遇到經(jīng)營問題時可以共同承擔(dān)、降低投資風(fēng)險［3］。

3.3.5 檢查電纜是否有多處接地，接地點有一個以上時，會產(chǎn)生噪聲電流，形成噪聲干擾源。

3.3.6 檢查操作臺、PLC控制柜、現(xiàn)場操作箱等接地是否良好。

3.4 作用于I/O信號的外部干擾

本系統(tǒng)中和PLC控制系統(tǒng)相連接的信號線包括兩大類：數(shù)字量信號和模擬量信號，外部干擾信號足以產(chǎn)生感應(yīng)電壓的有以下幾種：

3.4.1 信號線受空間工頻磁場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾，包括導(dǎo)體中的電流，變壓器等電力設(shè)備的漏磁通引起的干擾。

3.4.2 通過公用電源串入的電網(wǎng)干擾。

圖1 模擬量輸入模板接線圖

圖2 接地連接示意圖

如變頻器的輸出電壓含有的高次諧波，通過反饋污染了電網(wǎng)，通過線路的傳播以及電磁輻射也構(gòu)成了對控制信號的干擾。為消除高次諧波對控制信號干擾，可通過以下三種方法：

a.采用無高次諧波產(chǎn)生的變頻器。在本項目中使用變頻器的設(shè)備太多，如6個圓盤造球機、所有的拉式皮帶、給料機等，更換變頻器很難實現(xiàn)。

b.在高次諧波的傳播途徑上給予衰減。如控制信號采用屏蔽電纜、變頻器電源和控制系統(tǒng)供電電源獨立等。

4.設(shè)計階段已采取措施

本項目在設(shè)計階段，是完全依照電氣、儀表、PLC的設(shè)計規(guī)范來設(shè)計的，我們已經(jīng)采取的措施包括：

4.1 電纜及電纜溝設(shè)計

本系統(tǒng)中信號電纜均采用屏蔽電纜。電纜溝依照《實用電氣安裝技術(shù)大全》進(jìn)行設(shè)計施工的，采用雙側(cè)支架電纜溝，每側(cè)三層支架，每層支架間距20cm?？刂齐娎|放置在支架第一層，高于380V的電力電纜放置在末層。

4.2 信號隔離

所有的現(xiàn)場一次檢測原件包括流量計、差壓變送器、熱電偶、熱電阻等均采用隔離器進(jìn)行隔離，模擬量輸入接線如圖1所示。但來自變頻器的模擬量信號沒有隔離。接到現(xiàn)場的數(shù)字量輸出均是先接至繼電器，然后以干觸點的方式接到配電柜或現(xiàn)場操作箱的控制回路中，采用排除法，最易出現(xiàn)問題的地方是數(shù)字量輸入部分和來自變頻器的接線。

4.3 采用UPS電源

本項目中已采用雙機冗余的UPS電源，將PLC供電電源同其他電源完全隔離開。

5.解決辦法

5.1 檢查電纜接線

重新全面檢查電纜接線，看數(shù)字量輸入模板接線是否將現(xiàn)場操作箱、手操器的220V電源錯誤串入24V回路中。檢查結(jié)果為沒有接錯線。

5.2 重新檢查電纜敷設(shè)

重新檢查電纜的敷設(shè)情況，包括電纜溝內(nèi)和橋架內(nèi)電纜，是否按正確分層敷設(shè)電纜、是否在接近設(shè)備處沒有分層。在接近設(shè)備處沒有分層的采用架設(shè)小橋架的方式實現(xiàn)分層。(增加電源回路與弱電回路的距離)

5.3 模擬量信號均實現(xiàn)隔離

為消除可能的高次諧波干擾，對來自變頻器的模板量信號也先接入隔離器后再接入模板，實現(xiàn)模擬量信號全部隔離，杜絕電氣連接。

5.4 接地

檢查電纜接地情況，檢查屏蔽層是否接地，是否按要求接地，并將接地線重新堅固?？刂乒駜?nèi)增加一條工作接地排，以與保護(hù)接地排區(qū)別開，柜內(nèi)工作接地在工作接地排匯合后，再與保護(hù)接地排一起接地。接地圖如圖2所示。

6.實施效果

通過實施上述幾種方法后，再次檢測感應(yīng)電壓，已降至2V左右，已完全不影響生產(chǎn)的正常運行。該項目投入使用至今，運行穩(wěn)定可靠，說明消除感應(yīng)電壓的方法行之有效。

[1]諸邦田.電子電路實用抗干擾技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社,1994.

[2]儀表系統(tǒng)接地設(shè)計規(guī)定(HG/T 20513-2000)(S).

[3]朱才來.變頻器對控制系統(tǒng)的干擾及對策[J].石油化工自動化,2002:82-83.

王囡囡（1979—），女，山東莒南人，學(xué)士，工程師，現(xiàn)供職于山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動化部，研究方向：交直流傳動與自動控制系統(tǒng)設(shè)計。