發(fā)電廠PLC控制系統(tǒng)的抗干擾方法淺談

吳鵬程

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)各行業(yè)都發(fā)生了巨大的改變，其中電力行業(yè)的發(fā)展是最為迅速的一個(gè)。電力行業(yè)作為我國(guó)的支柱型行業(yè)，對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)國(guó)際一體化經(jīng)濟(jì)建設(shè)目標(biāo)是十分重要的。下面，就一起針對(duì)本文所給出的論題對(duì)發(fā)電廠PLC控制系統(tǒng)的抗干擾方法進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的分析與探討。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠 PLC控制系統(tǒng) 抗干擾

電力行業(yè)在我國(guó)全球一體化的發(fā)展背景下不斷地完善著自身的改革與創(chuàng)新。近幾年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)改革發(fā)展，為滿足國(guó)內(nèi)企業(yè)及用電用戶的需求，國(guó)內(nèi)不斷建設(shè)發(fā)電廠工程，而在發(fā)電廠系統(tǒng)運(yùn)行中，PLC控制系統(tǒng)是核心部分，也是關(guān)系著電力運(yùn)行安全與否的關(guān)鍵。因此，只有保證PLC控制系統(tǒng)的正常運(yùn)作，才能保證電力生產(chǎn)安全。

1 什么是發(fā)電廠PLC控制系統(tǒng)

所謂的PLC主要是指發(fā)電廠中可用于編輯的控制器。發(fā)電廠中PLC控制器的英文縮寫與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的PC系統(tǒng)十分容易混淆，因此為了區(qū)分開來，以PLC作為發(fā)電廠可編程序控制器的縮寫。PLC控制系統(tǒng)是一個(gè)以微處理系統(tǒng)為主要核心的依附于數(shù)字操作模式下的電子系統(tǒng)。它在工作中主要是利用可編程序系統(tǒng)存儲(chǔ)器來執(zhí)行各類邏輯運(yùn)算、定時(shí)運(yùn)算、順序控制以及數(shù)字運(yùn)算等操作的。同時(shí)，PLC控制系統(tǒng)通過模擬式或數(shù)字式輸入輸出接口來控制各種設(shè)備的運(yùn)行生產(chǎn)整個(gè)過程。

PLC控制系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)模式下的繼電系統(tǒng)相結(jié)合的新型控制系統(tǒng)。它既解決了傳統(tǒng)模式下繼電器可靠性差、觸點(diǎn)低且容易磨損、對(duì)突發(fā)情況排除困難等問題，又解決了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)下的局限性。PLC在工用中充分考慮到了操作人員以及電氣維修人員的技術(shù)專業(yè)性能以及水平，在進(jìn)行程序設(shè)置時(shí)無需專業(yè)的計(jì)算機(jī)操作編程語言，而是采用了一種全新的以繼電器為基礎(chǔ)的梯形圖指令形式。使操作維修人員可以更清晰、更直觀地查看設(shè)備在動(dòng)行時(shí)的問題，并及時(shí)進(jìn)行維修與護(hù)理。

2 PLC的組成

PLC主要由中央處理器、存儲(chǔ)器、接口線路、輸入輸出電路、電源五個(gè)部分所組成。如圖1所示。

■

中央處理器在PLC中所起到的主要作用是進(jìn)行邏輯運(yùn)算以及數(shù)字運(yùn)算，并且在整個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)起到統(tǒng)一協(xié)調(diào)的目的；存儲(chǔ)器顧名思義，主要是為了存儲(chǔ)系統(tǒng)中各種程序及數(shù)據(jù)；接口線路主要是PLC與外部設(shè)備相連接的主要途徑；輸入輸出電路的主要作用是輸入電路可以對(duì)輸入系統(tǒng)中的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與隔離，而輸出電路由將輸入電路所隔離后的電平信號(hào)無限放大，以此驅(qū)動(dòng)運(yùn)行設(shè)備開始工作；電源，是設(shè)備運(yùn)行的重要組成部分。

3 發(fā)電廠PLC控制系統(tǒng)干擾源

隨著電力行業(yè)的發(fā)展，發(fā)電廠PLC控制系統(tǒng)也進(jìn)行了多次的改革與創(chuàng)新，使其抗干擾的能力不斷加強(qiáng)。但就實(shí)際操作中，仍存在著較多干擾問題。

3.1 電磁干擾問題 一般而言，在發(fā)電廠生產(chǎn)過程中，其空間內(nèi)會(huì)釋放出大量的電磁波。而發(fā)電廠設(shè)備在運(yùn)作時(shí)所輸出的電壓量高達(dá)幾十千伏甚至是幾百千伏，電流量通常也會(huì)達(dá)到幾百安伏以上。這就造成了設(shè)備在運(yùn)行及斷開時(shí)由于受高電壓及高電流的影響產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁波。這種干擾性的電磁波會(huì)使PLC控制系統(tǒng)輸入輸出電路中產(chǎn)生較強(qiáng)的感應(yīng)電壓及感應(yīng)電流。同時(shí)會(huì)造成PLC控制系統(tǒng)中光電控制器中的二級(jí)管報(bào)警，并會(huì)導(dǎo)致光電控制器的抗干擾能力下降，從而造成了PLC控制系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)指令錯(cuò)誤的情況發(fā)生。

3.2 輻射干擾問題 除了電磁波干擾外，外界對(duì)PLC控制系統(tǒng)的干擾也是十分多的。例如：空間的輻射干擾主要是由于設(shè)備在運(yùn)行時(shí)忽然停止運(yùn)作、雷電對(duì)系統(tǒng)的沖擊或是加熱設(shè)備高頻感應(yīng)所引起的，人們通常將這種干擾形式稱為輻射干擾。一般來講，輻射干擾分為兩個(gè)途徑，其一，如果PLC系統(tǒng)中設(shè)置于輻射場(chǎng)范圍內(nèi)的，則PLC系統(tǒng)就會(huì)直接將輻射頻率完全接收，并造成電路感應(yīng)干擾；其二，通過PLC系統(tǒng)通信線路對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行輻射，這種干擾主要與設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的布置以及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁波頻率大小有著密切的關(guān)聯(lián)。

4 發(fā)電廠PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施

發(fā)電廠是保證我國(guó)人均用電及企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)用電的重要場(chǎng)所。因此，針對(duì)于發(fā)電廠PLC控制系統(tǒng)干擾問題，相關(guān)部門及電力行業(yè)負(fù)責(zé)人經(jīng)過多次的總結(jié)分析，并結(jié)合PLC控制系統(tǒng)實(shí)際工作中干擾源問題研究出了幾點(diǎn)可行性較高的發(fā)電廠PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施。具體內(nèi)容如下：

4.1 硬件抗干擾措施 對(duì)PLC控制系統(tǒng)的硬件進(jìn)行隔離是抗干擾最有效的辦法。一般來說，PLC控制系統(tǒng)的輸入輸出電路均是由光電藕合器進(jìn)行信號(hào)的傳送，這種信號(hào)傳送方式使PLC控制系統(tǒng)與CPU之間沒有任何的電路上的關(guān)聯(lián)，從而輸入與輸出端之間的信號(hào)也不會(huì)相互傳遞，也就不存在地線干擾性問題。另外，由于PLC控制系統(tǒng)中輸出端口所用的是二級(jí)發(fā)光管，其電阻大約為1千歐姆，從而使輸入電阻降低，但就干擾源來講，一般都是阻抗較大的電阻，雖然會(huì)產(chǎn)生較大的電壓干擾信號(hào)，但是所產(chǎn)生的能量卻是十分有限的，因此可以很有效地抵抗外界干擾源對(duì)PLC控制系統(tǒng)的干擾。

除此之外，利用濾波來抵抗外界干擾源也是一個(gè)十分有效的辦法。這種濾波抵抗方式主要是在系統(tǒng)VO模板與PLC電路電源之間設(shè)置多條濾波電路。因?yàn)闉V波電路通常對(duì)干擾源有著極好的抵抗能力，并且可以通過濾波發(fā)出的磁場(chǎng)將PLC控制系統(tǒng)電路與干擾源相隔離，徹底抑制干擾源進(jìn)入PLC控制系統(tǒng)中。

4.2 選擇正確的接地點(diǎn) PLC控制系統(tǒng)中，接地點(diǎn)的正確與否直接關(guān)系到抗干擾能力的強(qiáng)弱。

因此在以PLC控制系統(tǒng)為發(fā)電廠生產(chǎn)運(yùn)行核心的體系中，首先要設(shè)置多個(gè)PLC接地點(diǎn)，并且這些接地點(diǎn)都要遵循著零電位基礎(chǔ)原則。另外，就PLC控制系統(tǒng)安全性來講，高頻電路在接地時(shí)應(yīng)采用多點(diǎn)接地方式，而低頻電路在接地時(shí)則應(yīng)采用一點(diǎn)式接地方式。這主要是因?yàn)樵诟哳l電路中，各元件間的電磁感應(yīng)通常都較大，如果此時(shí)選擇一點(diǎn)接地會(huì)使PLC控制系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)受外界干擾信號(hào)的干擾，從而產(chǎn)生PLC控制系統(tǒng)錯(cuò)誤信號(hào)的導(dǎo)入。而當(dāng)PLC控制系統(tǒng)處于低頻時(shí)，所發(fā)出的信號(hào)及各元件間的電磁感應(yīng)較弱，此時(shí)如果采用多點(diǎn)接地會(huì)使環(huán)地電流過多，從而產(chǎn)生外界干擾。

除此之外，一般情況下，PLC控制系統(tǒng)所采用的接地方式均與設(shè)備的頻率及電阻相關(guān)。也就是說，當(dāng)設(shè)備的頻率低于十赫茲時(shí)，PLC采用一點(diǎn)接地方式，而當(dāng)設(shè)備頻率高于十赫茲時(shí)，則采用多點(diǎn)接地方式。如果當(dāng)設(shè)備所發(fā)出的頻率介于一到十赫茲之間時(shí)，則要根據(jù)具體的實(shí)際情況進(jìn)行接地方式的選擇。另外，在電路接地時(shí)，交流地與信號(hào)地是不能夠用同一個(gè)載體的。因?yàn)樵诮涣麟妷哼M(jìn)行信號(hào)傳輸時(shí)，間隔一段時(shí)間內(nèi)電路上會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電壓，而對(duì)于低電平也就是信號(hào)傳輸時(shí)則需要電路電平要保持絕對(duì)的零電壓，因此為了防止交流電壓對(duì)信號(hào)所產(chǎn)生的干擾，就必須在直流電壓電路上加設(shè)多個(gè)隔離層。同時(shí)嚴(yán)格禁止交流電壓與信號(hào)共用同一根導(dǎo)線。

另外，在PLC控制系統(tǒng)中，為保證抗干擾能力，需要在系統(tǒng)設(shè)備的關(guān)鍵性部位利用金屬外殼加設(shè)隔離網(wǎng)。例如：強(qiáng)磁鐵、大型設(shè)備的藕合器、變壓器等，可以在其關(guān)鍵性部位的外層采用高導(dǎo)磁材料做一層隔離防護(hù)，并將其直接接入大地中，同時(shí)用屏蔽地或模擬信號(hào)地對(duì)系統(tǒng)電路進(jìn)行保護(hù)。

4.3 利用電纜布線方式抗干擾 電纜布線方式對(duì)PLC抗干擾也是十分重要的。對(duì)于不同型號(hào)的信號(hào)分別要用不同類型的電纜進(jìn)行布置，并且在電纜設(shè)置時(shí)要根據(jù)具體的情況及信號(hào)傳輸方式不同分層次進(jìn)行。需要注意的是，在電纜布置中，禁止用同一根電纜對(duì)不同信號(hào)傳輸方式的導(dǎo)線進(jìn)行鋪設(shè)，同時(shí)要保證動(dòng)力電纜與信號(hào)導(dǎo)線不要在同一水平面上，以此來最大限度降低干擾頻率。

5 結(jié)語

綜上所述可知，發(fā)電廠PLC控制系統(tǒng)抗干擾對(duì)信號(hào)指令的正確輸入輸出是十分重要的。因此，在抗干擾設(shè)計(jì)時(shí)，首先要針對(duì)干擾源的產(chǎn)生制定出解決方案，并從系統(tǒng)硬件及電纜布置等方面入手，徹底排除干擾源。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁紅凱.PLC控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)應(yīng)用[C].//2006年全國(guó)發(fā)電廠DCS與SIS技術(shù)研討會(huì)暨熱工自動(dòng)化專業(yè)會(huì)議論文集.2006：702-705.

[2]張明.PLC控制系統(tǒng)在火力發(fā)電廠的應(yīng)用及注意事項(xiàng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33（23）：177-180.

[3]王明炎.電力系統(tǒng)中PLC控制系統(tǒng)的抗干擾分析[J].電子世界，2011（8）：10，13.