PLC在鍋爐抗干擾系統(tǒng)中的優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

仝興林

（保定華電電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，河北 保定 071051)

隨著社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)也發(fā)生了翻天覆地的變化?？删幊炭刂破鳎≒LC）也越來越成為我們現(xiàn)實(shí)生活中廣泛應(yīng)用的一個(gè)具有科技含量的高技術(shù)。到了二十一世紀(jì)，特別是在近幾年里，組態(tài)軟件控制技術(shù)在我國(guó)的工業(yè)控制及自動(dòng)化領(lǐng)域逐漸有了十分重要的地位，越來越多的自動(dòng)控制行業(yè)的企業(yè)和公司對(duì)此技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣，這也是我們現(xiàn)實(shí)生活中的一種新型的值得深入研究的技術(shù)。因?yàn)樵摷夹g(shù)除了電子信息方面的硬件之外，還包含計(jì)算機(jī)軟件方面的知識(shí)，是一種綜合性的邊緣學(xué)科。

1 可編程控制器控制系統(tǒng)干擾源分析

大家都知道我們?nèi)祟惐旧砭蜕钤诟鞣N各樣的有干擾因素的場(chǎng)類，如來之地球本身的北極南極磁場(chǎng)、地球本身也有重力場(chǎng)、生活在中電源也有電磁場(chǎng)等等，這些干擾因素對(duì)我們鍋爐中的電磁設(shè)備本身就具有干擾。但是這些不是主要干擾源，PLC控制系統(tǒng)中的主要電磁干擾因素有這些。第一鍋爐所在場(chǎng)地的耗電設(shè)備由于種類繁多，其開關(guān)電源也比較頻繁，這樣就會(huì)導(dǎo)致電源出現(xiàn)浪涌電源或浪涌電流。浪涌電流或浪涌電壓對(duì)PLC電子器件損耗較大，給控制系統(tǒng)將會(huì)帶來極大的危害。同時(shí)，這些浪涌電流或電壓由于是瞬間造成的突變現(xiàn)象，也會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)的瞬間出現(xiàn)也會(huì)對(duì)PLC控制系統(tǒng)造成干擾。第二自然環(huán)境中的輻射因素，對(duì)PLC控制系統(tǒng)電子元器件的干擾。眾所周知我們生存的空間本身就有輻射元素，并且現(xiàn)在環(huán)境惡化嚴(yán)重，空間電磁場(chǎng)的污染也十分嚴(yán)重，這些空間輻射會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這感應(yīng)電流通過PLC器件的外殼或?qū)Ь€形成電路，使得控制器的某些部位形成感應(yīng)電流，從而會(huì)對(duì)PLC的控制系統(tǒng)形成威脅，損壞電子元器件。這種通過輻射產(chǎn)生感應(yīng)電流傷害電子元器件的現(xiàn)象在干燥的冬季很容易產(chǎn)生，為了避免PLC電子元器件收到感應(yīng)電流的破壞，一般會(huì)在鍋爐的PLC控制系統(tǒng)中采用導(dǎo)線中接地來消除感應(yīng)電流的影響。第三由于鍋爐抗干擾系統(tǒng)中有導(dǎo)線接地，這樣也會(huì)由于接地系統(tǒng)的混亂而產(chǎn)生新的干擾。PLC鍋爐控制系統(tǒng)中接地的導(dǎo)線一般有屏蔽地線、交流地線、系統(tǒng)地線和保護(hù)地線四種。這四種接地導(dǎo)線功能都不一樣，屏蔽地線主要是將電子元器件上的感應(yīng)電流屏蔽掉，交流地線一般是用于屏蔽交流電產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)形成的感應(yīng)電流，系統(tǒng)地線是屏蔽系統(tǒng)上面的靜電等干擾源，保護(hù)地線一般是保護(hù)相應(yīng)電子元器件或電子控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。但是由于使用人員對(duì)各種地線功能攪渾，很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤的接地現(xiàn)象，這樣不斷沒有消除原有的干擾因素，還產(chǎn)生新的干擾信號(hào)，更使得PLC控制系統(tǒng)沒有辦法順利工作下去。另外由于這四種接地線路接法的混亂，就會(huì)在接地附近產(chǎn)生地環(huán)流，從而會(huì)在地線上面產(chǎn)生不等電位分布。這樣就會(huì)導(dǎo)致鍋爐的PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常邏輯信號(hào)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)混亂或死機(jī)現(xiàn)象頻發(fā)。

圖1 PLC鍋爐抗干擾系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2 鍋爐可編程控制器控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

市面上有許多穩(wěn)壓器，利用穩(wěn)壓器先對(duì)PLC控制系統(tǒng)的供電端口進(jìn)行穩(wěn)壓，這樣即使鍋爐所在環(huán)境中有耗電器材頻繁起停，也能通過穩(wěn)壓器來降低浪涌電流或浪涌電壓造成的損耗，從而達(dá)到保護(hù)PLC控制系統(tǒng)的目的。因此，設(shè)計(jì)PLC鍋爐抗干擾系統(tǒng)時(shí)，選用隔離性能良好的電源UPS來給PLC控制系統(tǒng)供電。

針對(duì)空間輻射所帶來的干擾因素，我們可以采用四種措施來有效的預(yù)防、消除。由于空間輻射電磁波產(chǎn)生的電磁感應(yīng)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，屏蔽感應(yīng)電流可以通過在PLC控制系統(tǒng)的外殼上加上屏蔽層，將此屏蔽層的某一點(diǎn)接地。因?yàn)楦袘?yīng)電流是由耦合而產(chǎn)生，那么我們將原來的普通導(dǎo)線換成具有屏蔽功能的導(dǎo)線，如采用屏蔽電纜、同軸電纜、光纜或雙絞線就可以有效的防止耦合，也就可以預(yù)防產(chǎn)生感應(yīng)電流的干擾。因?yàn)樾盘?hào)地線與機(jī)殼接地，我們可以改變這種方式而采用信號(hào)地與機(jī)殼、大地浮空的浮地方式，使得PLC控制系統(tǒng)的電路與機(jī)殼或大地之間無直流電流方面的聯(lián)系，從而加大信號(hào)地與其他物質(zhì)的阻抗，達(dá)到阻斷干擾電流的電路之目的，實(shí)現(xiàn)抗干擾優(yōu)化的設(shè)計(jì)。另外在PLC控制系統(tǒng)的信號(hào)通道中設(shè)置一些必備的濾波器，也可以通過過濾消除不穩(wěn)定因素所造成的干擾。信號(hào)通道的抗干擾措施我們可以采用通道隔離技術(shù)、屏蔽技術(shù)來進(jìn)行處理。對(duì)于信號(hào)的系統(tǒng)通道，我們根據(jù)其測(cè)控點(diǎn)離控制中心很遠(yuǎn)的特點(diǎn)，可以對(duì)數(shù)字量通道采用光電耦合器、繼電器等電子元器件進(jìn)行隔離，再輔以施密特、RC等濾波、整形電路來進(jìn)行濾波整形可以很好的消除干擾，而對(duì)于模擬量來說就采用線性光耦、隔離變壓器、隔離放大器、差動(dòng)放大電路技術(shù)消除干擾因素。當(dāng)輸入、輸出通道有感性負(fù)載時(shí)，對(duì)交流負(fù)載可以在線圈兩端并聯(lián)RC吸收電路，而對(duì)于直流輸入信號(hào)可以采用并接續(xù)流二極管電路來消除因電路信號(hào)的突變而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的不良影響。整個(gè)PLC鍋爐抗干擾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

在這個(gè)PLC鍋爐抗干擾系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖中，主要使用了FX2N-48MR PCL芯片作為控制系統(tǒng)的主要處理程序核心，整個(gè)設(shè)計(jì)框架中有故障設(shè)置面板、燃燒控制面板、鍋爐的水位控制面板等部件，如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的蜂鳴器就會(huì)發(fā)出異響，提示報(bào)警。

3 PLC抗干擾控制系統(tǒng)在鍋爐中的應(yīng)用

根據(jù)前文所分析，采用優(yōu)化抗干擾設(shè)計(jì)技術(shù)，選擇有較高抗干擾能力隔離性能良好的采用浮地技術(shù)的PLC控制系統(tǒng)。根據(jù)選用我國(guó)指定的抗干擾標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13926)，選擇恰當(dāng)?shù)腜LC控制系統(tǒng)。同時(shí)在使用該控制系統(tǒng)時(shí)注意PLC的輸入、輸出方式，設(shè)計(jì)實(shí)施時(shí)采用高可靠性的電子元器件，對(duì)直流與交流型號(hào)分別采用各自的電纜，對(duì)于系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)線使用屏蔽電纜，同時(shí)將屏蔽電纜在輸入、輸出一側(cè)懸空，在控制一側(cè)接地。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)出的抗干擾PLC控制系統(tǒng)在某鍋爐廠使用具有良好的效果，性能穩(wěn)定，運(yùn)行正常，取得了良好的社會(huì)效應(yīng)。

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