淺談抗干擾技術(shù)在謝橋選煤廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

王猛

摘要：文章結(jié)合謝橋選煤廠自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)際，從采用優(yōu)良電源、電纜選擇與敷設(shè)、完善的接地系統(tǒng)、高端的PLC選型、冗余網(wǎng)絡(luò)和利用PLC軟件來(lái)減少干擾的五個(gè)方面介紹現(xiàn)場(chǎng)干擾的處理措施。

關(guān)鍵詞：PLC;冗余;干擾;選煤廠;

中圖分類(lèi)號(hào)：TP 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? 文章編號(hào)：1009-914x（2014）43-01-01

0 引言

謝橋選煤一廠自2010年10月份建成以來(lái)，其控制系統(tǒng)分為原煤系統(tǒng)、主廠房系統(tǒng)、煤泥水處理系統(tǒng)、儲(chǔ)裝運(yùn)系統(tǒng)4部分，其采用美國(guó)GE公司的第4套PACSystem RX7I系列PLC完成全廠的控制，工藝連接通過(guò)皮帶棧橋或管道相銜接，而其生產(chǎn)性質(zhì)，又是一個(gè)按時(shí)序分段作業(yè)的有機(jī)結(jié)合體系統(tǒng)采用分布式集中控制，CPU 框架在中央控制室內(nèi)， 各控制I/O遠(yuǎn)程框架集中分布在主廠房35PD、36PD、濃縮PD、原煤倉(cāng)下配電室、新壓濾配電室，各配電室分布分散，數(shù)量又多，不可避免地遇到各種纜線接地、空間磁場(chǎng)、大型設(shè)備啟停、脈沖信號(hào)、變頻設(shè)備諧波等一系列干擾。在一年多的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中，采用了如下幾種方法來(lái)避免或減少現(xiàn)場(chǎng)對(duì)PLC控制系統(tǒng)的干擾。

1 ?采用優(yōu)良電源抑制電網(wǎng)干擾

PLC 系統(tǒng)的正常電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，會(huì)受到所有空間電磁干擾而在線路上產(chǎn)生電壓和電流，尤其電網(wǎng)內(nèi)部的變化，開(kāi)關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過(guò)輸電線路傳輸。因此從改善電源質(zhì)量的角度來(lái)配備高質(zhì)量的UPS和凈化電源時(shí)十分必要的。

（1）寬輸入電壓及輸入頻率范圍。當(dāng)電網(wǎng)電壓（頻率）超出UPS的輸入電壓（頻率）范圍時(shí)， UPS會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)由蓄電池供電。這樣，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大時(shí)輸入電壓（頻率）范圍窄的UPS將會(huì)經(jīng)常起動(dòng)電池， 降低蓄電池的使用壽命。故應(yīng)選擇允許輸入電壓（頻率）大的UPS。

（2）具有頻率相位自動(dòng)同步功能。頻率相位自動(dòng)同步， 能保證UPS的輸出與市場(chǎng)電輸入在頻率及相上的同步，避免UPS系統(tǒng)逆變供電與旁路供電的轉(zhuǎn)換期間產(chǎn)生環(huán)流，造成UPS逆變器損壞。

（3）過(guò)載能力強(qiáng)，可短路保護(hù)。由于計(jì)算機(jī)等負(fù)載屬于整流型負(fù)載， 起動(dòng)時(shí) 往往有較大的瞬態(tài)沖擊電流。因此選擇過(guò)載能力強(qiáng)的UPS。

（4）在各配電室控制電源采用APC交流凈化穩(wěn)壓電源。電源進(jìn)線端來(lái)自本配電室一饋出回路，與控制設(shè)備采用同一變壓器，同一接地系統(tǒng)。大大提高了制制電源的供電質(zhì)量， 提高了PLC模塊的可靠性。

2 ?通過(guò)選擇與敷設(shè)電纜降低電磁干擾

與PLC控制系統(tǒng)連接的各類(lèi)信號(hào)傳輸線，總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。此類(lèi)干擾主要有兩種途徑：通過(guò)變送器供電電源或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視;信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾，往往非常嚴(yán)重，選用電纜時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1） 開(kāi)關(guān)量信號(hào)不容易受外界干擾，可以用普通控制電纜傳輸。

（2）數(shù)字脈沖信號(hào)頻率較高，傳輸過(guò)程中易受外界干擾，應(yīng)選用屏蔽控制電纜傳。

（3）模擬量信號(hào)是連續(xù)變化的信號(hào)，外界的各種干擾都會(huì)迭加在模擬信號(hào)上而造成干擾，因而要選蔽線或帶防護(hù)的雙絞線。如果模擬量信號(hào)離PLC較遠(yuǎn)，則應(yīng)采用電流傳輸方式。

（4）PLC的輸入輸出線要與動(dòng)力線分開(kāi)，距在200mm以上。如果不能保證上述最小距離，可以將這部分動(dòng)力線穿鋼管，并將其接地，絕不允許將PLC輸入、輸出線與動(dòng)力線高壓線捆扎在一起。

（5）應(yīng)盡量減少動(dòng)力線與信號(hào)線平行敷設(shè)的長(zhǎng)度否則應(yīng)增大兩者間的距離以減小噪聲干擾。一般兩線間距離為200mm。當(dāng)兩平線敷設(shè)的長(zhǎng)度100-200m時(shí)， 兩線間距離應(yīng)在 400mm 以上;平行敷設(shè)長(zhǎng)在200-300m 時(shí)候，兩線間距離應(yīng)在 600mm 以上。PLC的輸入輸出線最好單獨(dú)敷設(shè)在封閉的電纜橋架內(nèi)，橋架外殼要良好接地，不同類(lèi)型的信號(hào)，如不同電壓不同電流類(lèi)型的輸入輸出線，不能安排在同一根多芯屏蔽電纜內(nèi)，而且在橋架內(nèi)應(yīng)隔開(kāi)一定距離安放屏蔽層應(yīng)接地。在電纜敷設(shè)方面，采用了雙電纜橋架敷設(shè)法，將動(dòng)力電纜和控制電纜分開(kāi)，避免了動(dòng)力電纜對(duì)信號(hào)的影響。

3 ?完善接地系統(tǒng)

對(duì)PLC控制系統(tǒng)而言，應(yīng)采用直接接地方式。由于信號(hào)電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝間的信號(hào)交換頻率一般都低于1 MHz。所以PLC控制系統(tǒng)采用一點(diǎn)接地和串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。集中布置的PLC系統(tǒng)適于并聯(lián)一點(diǎn)接地方式，各裝置的柜體中心接地點(diǎn)，以單獨(dú)的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應(yīng)采用串聯(lián)一點(diǎn)接地方式，用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點(diǎn)，然后接地母線直接連接接地極。接地線采用截面>22mm的銅導(dǎo)線，總母線使用截面>60mm的銅排。接地極的接地電阻小于1，接地極最好埋在距建筑物 10-15m 遠(yuǎn)處，而且PLC系統(tǒng)接地點(diǎn)必須與強(qiáng)電設(shè)備接信號(hào)源接地點(diǎn)相距10m以上時(shí)，信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號(hào)側(cè)接地;不接地時(shí)，應(yīng)在PLC側(cè)接地;信號(hào)線中間有接頭時(shí)，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，一定要避免多點(diǎn)接地。多個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)的屏蔽雙絞線與多芯對(duì)絞總屏蔽電纜連接時(shí)，各屏蔽層應(yīng)相互連接好，并經(jīng)絕緣處理，選擇適的接地處單點(diǎn)接地。

4 ?高端的PLC選型

作為控制系統(tǒng)的核心部分，合理的PLC選型對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。RX7i 的單一控制引擎和通用編程環(huán)境能提供在多個(gè)硬件平臺(tái)上的應(yīng)用可移植性，專(zhuān)門(mén)針對(duì)中、高檔OEM、集成商和終端用戶(hù)設(shè)計(jì)非常適合于需要開(kāi)放式結(jié)構(gòu)、龐大的 內(nèi)存、分布式I/O和高性能的集成解決方案。

（1） 所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。

（2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間數(shù)一般為10-20ms。

（3）采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。

（4）對(duì)采用的器件嚴(yán)格篩選。

（5）良好的自診斷功能。一旦電源或其它軟、硬件發(fā)生異常，CPU立即采用有效措施，以防故障擴(kuò)大。

5 ?利用PLC軟件減少干擾

（1）數(shù)字濾波法。軟件數(shù)字濾波是針對(duì)工作信號(hào)的某些特征， 設(shè)定一些判斷參數(shù)， 并對(duì)輸入的待處理信號(hào)判斷處理。把不符合正常工作信號(hào)特征的信號(hào)剔除，從而達(dá)到濾波目的。

謝橋選煤廠的倉(cāng)位、料位、水位控制系統(tǒng)，就是采用這樣的方法。由于料位探測(cè)裝置受電磁干擾，總會(huì)在倉(cāng)位空或者滿(mǎn)的時(shí)候發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)。通過(guò)軟件的比較模塊，將輸入信號(hào)與平時(shí)經(jīng)驗(yàn)得出的上下限信號(hào)比較， 把范圍之外的數(shù)值剔除， 減少了料位的誤差。

（2）PID控制法。PID控制長(zhǎng)期以來(lái)一直被廣泛應(yīng)于溫度、液位、張力、壓力、速度等過(guò)程控制系統(tǒng)PID 控制是比例（Proport ional）、積分（Integral）和微分（Derivative）3種動(dòng)作的合成作用，其作用是使被控制對(duì)象達(dá)到并保持于設(shè)定值（SV）。當(dāng)SV發(fā)生變化時(shí)能使受控對(duì)象快速達(dá)到新的目標(biāo)值。謝橋選煤廠的自動(dòng)水閥就是采用PID 控制。

6 ?結(jié)語(yǔ)

PLC 控制系統(tǒng)的干擾是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題?？垢蓴_設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮各方面因素，對(duì)有些干擾還需做具體分析，對(duì)癥下藥，才能使PLC 控制系統(tǒng)正常工作，保證工業(yè)設(shè)備安全高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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