高爐PLC控制系統(tǒng)抗干擾對策

胡世雄 劉佳偉 杜小剛

（鞍鋼設(shè)備檢修協(xié)力中心，遼寧 鞍山 114021）

高爐PLC控制系統(tǒng)抗干擾對策

胡世雄 劉佳偉 杜小剛

（鞍鋼設(shè)備檢修協(xié)力中心，遼寧 鞍山 114021）

介紹了鞍鋼新4#高爐投產(chǎn)后，PLC控制系統(tǒng)多次出現(xiàn)誤動作，經(jīng)過分析，確定了干擾源并采取相應(yīng)的抗干擾措施，取得了很好的效果。

控制系統(tǒng)；干擾原因；對策

一、前言

鞍鋼新4#高爐所使用的PLC，大多處在強(qiáng)電設(shè)備電磁環(huán)境中，很容易被電磁干擾引起控制系統(tǒng)誤動作。為防止干擾，鞍鋼新4#高爐采用了硬件和軟件相結(jié)合的抗干擾方法，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾性能。

二、PLC控制系統(tǒng)在運行中的電磁干擾

新4#高爐于2007年5月投產(chǎn)，2012年進(jìn)行大修改造，高爐上料系統(tǒng)為西門子公司生產(chǎn)的PLC控制系統(tǒng)。

該系統(tǒng)投入運行后，發(fā)現(xiàn)皮帶運輸機(jī)、配料系統(tǒng)等所控制的現(xiàn)場設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)誤動作：如停車、啟動及運行異常；實時狀態(tài)與監(jiān)視屏幕上顯示不一致；輸入到PLC控制系統(tǒng)中的下料量與電子秤標(biāo)定量存在很大誤差等異?，F(xiàn)象，嚴(yán)重影響高爐的正常安全生產(chǎn)與穩(wěn)定運行。經(jīng)過認(rèn)真分析，發(fā)現(xiàn)電磁干擾產(chǎn)生的原因如下。

1.來自空間的電磁輻射干擾

由于高爐上料PLC控制系統(tǒng)是安裝在強(qiáng)電設(shè)備電磁環(huán)境中，電磁干擾很容易引起控制系統(tǒng)產(chǎn)生誤動作。

2.來自電源的干擾

PLC控制系統(tǒng)由供電網(wǎng)絡(luò)供電。該供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的某些大功率設(shè)備的啟動、停機(jī)等經(jīng)常引起電源過壓、欠壓、浪涌及產(chǎn)生尖峰干擾，這些來自電源的干擾均會通過電源內(nèi)阻耦合到PLC控制系統(tǒng)的電路中，給系統(tǒng)造成極大的危害。

3.來自信號傳輸線上的干擾

與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。由信號線引入的干擾會引起I/O信號工作異常，產(chǎn)生虛假信號，使測量精度大大降低，嚴(yán)重時將引起元器件損傷。

若系統(tǒng)隔離性能較差，還將導(dǎo)致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動作甚至電腦死機(jī)。

4.來自接地系統(tǒng)混亂的干擾

（1）正確接地既能抑制電磁干擾，又能減少設(shè)備對外干擾。而錯誤的接地，就會引入干擾信號，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。

（2）PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地和保護(hù)地等。

（3）接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。

（4）通過檢查，發(fā)現(xiàn)在新4#高爐地線施工過程中，地線施工不規(guī)范，如系統(tǒng)地、屏蔽地和保護(hù)地混亂、接地電阻值不合格、電纜屏蔽層不是一點接地等。

三、抗干擾措施

1.電磁輻射的抗干擾措施

（1）使用金屬屏蔽網(wǎng)和含金屬屏蔽玻璃，這二樣?xùn)|西都能很好的對電磁輻射起到過濾隔離作用。

特別提醒的是：使用金屬的屏蔽網(wǎng)和含金屬的屏蔽玻璃時必須連接地線，通過地線把電磁輻射傳到地下。

（2）合理設(shè)計電氣線路，采用同塔雙回或多回架設(shè)技術(shù)，配線分離，有利于減少電磁輻射的影響。

合理布置導(dǎo)線的相序，或采用緊湊型線路，選用合適相序排列，從而使其各相產(chǎn)生的電磁輻射相互抵銷。

2.電源部分的抗干擾措施

電源波動造成的電壓畸變或毛刺都有可能對PIC及I/O模塊產(chǎn)生不良影響。

據(jù)統(tǒng)計分析，PLC系統(tǒng)的干擾中有70%是從電源耦合進(jìn)來的。

為了抑制干擾，PLC供電系統(tǒng)采用方式如下：控制器和I/O系統(tǒng)的電源分別由各自的隔離變壓器供電，并與主電路電源分開。當(dāng)某一部分電源出現(xiàn)故障時，不會影響其他部分，提高了系統(tǒng)的可靠性。

3.外部配線的抗干擾措施

外部配線之間存在著互感和分布電容，進(jìn)行信號傳送時會產(chǎn)生干擾。

在現(xiàn)代小型水庫工程建設(shè)中，往往水土保持措施延后、水土保持總體規(guī)劃全面但不精細(xì)、管理和運營不協(xié)調(diào)、各水保防治區(qū)相互銜接不合理等，這些問題都會影響到水土保持設(shè)施的正常運行。驗收工作是衡量水庫工程建設(shè)質(zhì)量高低的關(guān)鍵。由于小型水庫水土保持工程自身規(guī)模較小，而且施工周期長，往往在工程質(zhì)量驗收工作中得不到足夠的重視，驗收流程沒有形成系統(tǒng)、規(guī)范的正規(guī)流程，水土保持工程質(zhì)量驗收管理工作得不到正常的運營。

為了防止或減少外部配線的干擾，交流輸入、輸出信號與直流輸入、輸出信號分別使用單獨的電纜，而且要使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在現(xiàn)場設(shè)備側(cè)要懸空，在PLC控制柜側(cè)要接地。

配線距離在30m以下時，直流和交流輸入、輸出信號線最好不要使用同一電纜，走同一配線管時，輸入信號要使用屏蔽電纜。

距離為30～300m配線時，直流和交流輸入、輸出信號線要分別使用單獨的電纜，并且輸人信號線一定要用屏蔽線。

對于300m以上長距離配線時，則要用中間繼電器轉(zhuǎn)換信號。PLC控制器的接地線要與電源線或動力線分開，輸入、輸出信號線要與高電壓、大電流的動力線分層敷設(shè)。

4.接地抗干擾措施

接地在消除干擾上起很大的作用，良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件之一，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。

為了抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC接以專用地線，接地線與動力設(shè)備（如電動機(jī)）的接地點分開，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，然后將接地母線直接連接接地極。

接地線采用截面＞25mm2的銅導(dǎo)線，總母線使用截面＞60mm2的銅排。接地極的接地電阻＜1Ω，接地極埋在距建筑物10～15m處，而且PLC系統(tǒng)接地點必須與強(qiáng)電設(shè)備接地點相距10m以上。

5.軟件抗干擾措施

盡管硬件抗干擾可濾除大部分干擾信號，但由于干擾信號產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，且具有很大的隨機(jī)性，很難保證系統(tǒng)完全不受干擾，因此往往在硬件抗干擾措施的基礎(chǔ)上，采取軟件抗干擾技術(shù)加以補充，作為硬件措施的輔助手段。

軟件抗干擾方法設(shè)計簡單、修改靈活、耗費資源少，在PLC測控系統(tǒng)中同樣獲得了廣泛的應(yīng)用。

（1）指令重復(fù)執(zhí)行。

指令重復(fù)執(zhí)行就是根據(jù)需要使作用相同的指令重復(fù)執(zhí)行多次，一般適用于開關(guān)量或數(shù)字量輸入、輸出的抗干擾。在采集某些開關(guān)量或數(shù)字量時，可重復(fù)采集多次，直到連續(xù)2次或2次以上的采集結(jié)果完全相同時才視為有效。

若多次采集后，信號總是變化不定，可停止采集，發(fā)出報警信號。在滿足實時性要求的前提下，在各次采集數(shù)字信號之間插入一段延時，數(shù)據(jù)的可靠性能夠進(jìn)一步提高。如果在系統(tǒng)實時性要求不是很高的情況下，其指令重復(fù)周期盡可能長些。

（2）數(shù)字濾波。

在壓力、溫度、流量和皮帶電子秤重量信號的采集過程中，存在的隨機(jī)干擾有可能使被測信號的隨機(jī)誤差加大。

針對這種情況，可以采用數(shù)字濾波技術(shù)，該方法具有可靠性高和穩(wěn)定性好的特點。數(shù)字濾波的常用方法有程序判斷濾波法、中值濾波法、算術(shù)平均濾波法、遞推平均濾波法等，公司現(xiàn)在采用的是算術(shù)平均濾波法。

四、結(jié)語

PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個十分復(fù)雜的問題，因此應(yīng)綜合考慮各方面的因素，對有些干擾情況還需做具體分析，采取對癥下藥的方法，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。

對新4#高爐的PIC控制系統(tǒng)采取了上述抗干擾改進(jìn)措施以后，消除了輸入到PLC控制系統(tǒng)中皮帶運輸機(jī)、配料系統(tǒng)等所控制的現(xiàn)場設(shè)備的虛假開關(guān)量信號，并且使輸入到PLC控制系統(tǒng)中壓力、溫度、流量和皮帶電子秤重量信號的測量誤差大大降低，提高了系統(tǒng)的控制精度和運行穩(wěn)定性，取得了預(yù)期的效果，為新4#高爐的安全生產(chǎn)穩(wěn)定順行提供了保證。

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