消除P L C系統(tǒng)干擾方法淺析

張媛媛

PLC系統(tǒng)在現(xiàn)代鋼鐵行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，大大提高了控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)化水平，但同時(shí)PLC系統(tǒng)易受干擾的問題也愈發(fā)明顯。如處理不當(dāng)，輕則導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行不暢，重則會(huì)帶來直接的經(jīng)濟(jì)損失。例如：某鋼鐵廠寬厚板廠試運(yùn)行期間，多臺(tái)行車PLC系統(tǒng)通訊模塊燒毀，事后分析原因，一是由于大量使用變頻器，加之該廠與電爐車間共用上一級(jí)的110KV變電站，電網(wǎng)中存在諧波分量，對(duì)PLC系統(tǒng)產(chǎn)生了干擾；二是行車系統(tǒng)PLC硬件存在一定缺陷；三是電纜線路的屏蔽和接地系統(tǒng)部分存在一定的問題。此案例具有較強(qiáng)的代表性。鋼鐵行業(yè)中變頻器大量應(yīng)用，電網(wǎng)情況復(fù)雜，強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境，是PLC系統(tǒng)受到干擾的主要原因。要消除PLC系統(tǒng)的干擾問題，須從以下三個(gè)方面入手。

一、解決變頻器及電網(wǎng)帶來的干擾

能夠?qū)LC系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的干擾源是多種多樣的，在鋼鐵行業(yè)中最應(yīng)該注意的是變頻器和電網(wǎng)的干擾問題。

（一）解決好變頻器對(duì)PLC系統(tǒng)的干擾問題

鋼鐵行業(yè)大量使用變頻器是不可避免，無論是高爐、燒結(jié)等系統(tǒng)單一工序上的變頻器的應(yīng)用，還是連鑄、軋鋼等全工序多傳動(dòng)變頻器的應(yīng)用，變頻器的使用大大了降低能源的消耗。但變頻器極易對(duì)PLC系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。原因是：

1.變頻器普遍使用了晶閘管或整流二極管等非線性整流器件，其產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，引起電網(wǎng)電壓畸變（電壓畸變率約10%-40%），影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量；

2.變頻器的輸出部分一般采用的是IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）等開關(guān)元件，在輸出能量的同時(shí)將產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射干擾，影響周邊類似于PLC系統(tǒng)的弱電系統(tǒng)的正常工作。

解決方法：

1.增加電抗器或?yàn)V波器。給變頻器輸入端加裝EMI濾波器，可以有效抑制變頻器對(duì)電網(wǎng)的傳導(dǎo)干擾。加裝輸入交流和直流電抗器，可以提高功率因數(shù)，減小諧波污染，綜合效果好。在某些電機(jī)與變頻器之間距離超過100 m 的場(chǎng)合，需要在變頻器側(cè)添加交流輸出電抗器，解決因?yàn)檩敵鰧?dǎo)線對(duì)地分布參數(shù)造成的漏電流保護(hù)和減少對(duì)外部的輻射干擾。

2.在變頻器組成的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，盡量不要采用模擬控制，特別是控制距離大于1m，跨控制柜安裝的情況下。因?yàn)樽冾l器一般都有多段速設(shè)定、開關(guān)頻率量輸入輸出，可以滿足要求。如果必須使用模擬量控制，一定要采用屏蔽電纜，并在傳感器側(cè)或者變頻器側(cè)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端一點(diǎn)接地。如果干擾仍舊嚴(yán)重，需要實(shí)現(xiàn)DC/DC隔離措施?？梢圆捎脴?biāo)準(zhǔn)的DC/DC模塊，或者采用對(duì)v/f轉(zhuǎn)換光隔離,再采用頻率設(shè)定輸入的方法。

3.將整個(gè)變頻器屏蔽，并做好屏蔽層接地，防止其對(duì)外界的干擾。

（二）充分考慮電網(wǎng)影響

鋼鐵行業(yè)中，很多工序可能共用一座大型變電站，電網(wǎng)中存在大量諧波源,如各種整流設(shè)備、交直流互換設(shè)備、電子電壓調(diào)整設(shè)備、非線性負(fù)載及照明設(shè)備等。這些負(fù)荷都使電網(wǎng)中的電壓及電流產(chǎn)生波形畸變,從而對(duì)電網(wǎng)中其他設(shè)備產(chǎn)生危害干擾，特別是對(duì)PLC系統(tǒng)。

解決方法：在軋鋼系統(tǒng)中使用SVC系統(tǒng)或FC系統(tǒng)。采用SVC系統(tǒng)可以直接有效地解決電網(wǎng)中的所有諧波分量干擾問題，但缺點(diǎn)是投資較大。很多情況下，考慮到現(xiàn)在具有較好諧波特性的交-直-交系統(tǒng)變頻器普遍使用，為降低投入也可以使用FC系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)中的諧波分量做有針對(duì)性的消除和降低，但在區(qū)域變電所內(nèi)使用FC系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意預(yù)先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行諧波分量評(píng)估，充分考慮同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中其他變電所對(duì)其的諧波干擾。

二、充分防范，提高PLC系統(tǒng)自身的抗干擾能力

（一）交流電源輸入端配置經(jīng)隔離變壓器屏蔽及接地的工控系統(tǒng)電源，將絕大部分的傳導(dǎo)干擾阻隔在隔離變壓器之前。或?qū)⒔涣鬏斎敫臑橹绷鬏斎搿?/p>

（二）給微機(jī)控制板輸入電源加裝EMI濾波器、共模電感、高頻磁環(huán)等，對(duì)某些干擾特別嚴(yán)重的情況，可以對(duì)微機(jī)控制板添加金屬網(wǎng)狀屏蔽罩進(jìn)行屏蔽處理。

（三）PLC輸入端（特別是信號(hào)來自變頻器系統(tǒng)的情況下），應(yīng)采用帶并聯(lián)RC消弧電路的輸入繼電器，并將電壓信號(hào)模式轉(zhuǎn)化為直流4mA-20mA電流信號(hào)模式。

（四）對(duì)RS485通訊端口（特別是與變頻器通訊的RS485端口），建議加裝數(shù)據(jù)流向自動(dòng)切換、數(shù)據(jù)完全透明傳輸、無延時(shí)的隔離器。

（五）采用軟件濾波。波口有限幅濾波法,中位值濾波法,算術(shù)平均濾波法,中位值平均濾波法(又稱防脈沖干擾平均濾波法)和(限幅)消抖濾波法等，對(duì)某些易受干擾的控制信號(hào),在PLC程序中做適當(dāng)?shù)难訒r(shí)處理。

做好以上幾點(diǎn)，即使整個(gè)系統(tǒng)仍有干擾存在，PLC系統(tǒng)的完好性也能得到最大限度的保證。

三、切斷或削弱電磁干擾的傳播途徑

PLC系統(tǒng)干擾，還應(yīng)該特別注意消除切斷或削弱電磁干擾的傳播途徑，做好整個(gè)系統(tǒng)的接地，正確選擇電纜的結(jié)構(gòu)形式和敷設(shè)方式。

（一）正確設(shè)計(jì)接地點(diǎn)和接地裝置, 完善接地系統(tǒng)。主要建議：電機(jī)等強(qiáng)電控制系統(tǒng)的接地線必須通過接地匯流排可靠接地；微機(jī)控制板的屏蔽地，應(yīng)單獨(dú)接地；對(duì)于某些干擾嚴(yán)重的場(chǎng)合，建議將傳感器、I/0接口屏蔽層與控制板的控制地相連等。

（二）重視電纜的選型工作。主要建議：為減少動(dòng)力電纜，尤其是變頻裝置饋電纜的輻射電磁干擾，在工程中可采用新型的單屏+總屏的變頻專用電纜，實(shí)踐證明抗干擾效果較為滿意；信號(hào)系統(tǒng)特別是與PLC系統(tǒng)相連接的模擬量信號(hào)系統(tǒng)的電纜連接線應(yīng)采用雙屏蔽雙絞+總屏的控制電纜；PLC系統(tǒng)與變頻器采用通訊連接時(shí)，采用專用通訊電纜或光纖連接以提高可靠性減少干擾等。

（三）處理好電纜的敷設(shè)問題。主要建議：為減少電磁干擾，不同類型的信號(hào)應(yīng)分別由不同電纜傳輸，嚴(yán)禁用同一電纜的不同導(dǎo)線同時(shí)傳送動(dòng)力電源和信號(hào)；各類電纜在電纜溝或電纜隧道中敷設(shè)，應(yīng)按電壓等級(jí)及傳輸信號(hào)種類分層鋪設(shè)，信號(hào)線不宜與動(dòng)力電纜靠近平行鋪設(shè)；電纜穿管均應(yīng)采用鋼管，并將鋼管外殼與大地可靠連接。

以上僅是基于實(shí)踐基礎(chǔ)，總結(jié)得出的消除鋼鐵行業(yè)PLC系統(tǒng)干擾的簡(jiǎn)單方法。只有全面考慮，綜合處置，才能處理好 PLC系統(tǒng)的抗干擾問題，使其健康、穩(wěn)定運(yùn)行，最大限度的發(fā)揮作用