選煤廠PLC控制系統(tǒng)抗干擾及治理

于飛

[摘 要]干擾是指疊加在電源電壓或正常工作信號上的其他電信號，主要是由于外部環(huán)節(jié)及硬件配置不當(dāng)引起。對選煤廠而言PLC控制系統(tǒng)所用的電源一般都由電網(wǎng)的工頻交流電源經(jīng)降壓、整流等調(diào)節(jié)提供。由于電網(wǎng)的影響以及大容量電氣設(shè)備的啟動和停車，會使交流電壓含有高頻成分、浪涌電壓、尖脈沖或發(fā)生較大幅度的波動。這種干擾通過電源途徑影響控制系統(tǒng)的正常工作，是威脅PLC正常工的主要干擾源；（2）PLC控制系統(tǒng)中，被控對象和被測信號往往分布在各個不同地點，并且，PLC裝置與它們之間有相當(dāng)長的距離。因此信號線和控制線大多是長線，從而造成來自導(dǎo)線的干擾。

[關(guān)鍵詞]抗干擾 自動化應(yīng)用 輻射干擾 PLC控制

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）15-0351-01

1.引言

提高選煤廠PLC控制系統(tǒng)抗干擾的措施較多，只要在實際研發(fā)應(yīng)用過程中，針對具體情況，采取適當(dāng)?shù)目垢蓴_措施，就完全可以使控制系統(tǒng)安全、可靠、準(zhǔn)確地工作，以達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。

2.選煤廠PLC控制系統(tǒng)的干擾源

干擾是指疊加在電源電壓或正常工作信號上的其他電信號，主要是由于外部環(huán)節(jié)及硬件配置不當(dāng)引起。在電流或電壓劇烈變化的部位會產(chǎn)生干擾的發(fā)射、輻射或感應(yīng)，造成妨礙控制系統(tǒng)正常工作的雜亂信號，這些電荷劇烈移動的部位就是干擾源。

2.1 干擾源的分類

按干擾模式不同，可分為共模干擾和差模干擾。

共模干擾是信號和地之間的電位差，主要是由電網(wǎng)串入、地電位差以及空間電磁輻射在信號線上感應(yīng)的同方向電壓迭加而成。共模電壓通過不對稱電路會轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測控信號，甚至造成元器件損壞。

差模干擾是作用于信號兩極間的干擾電壓，主要由電磁場在信號間耦合感應(yīng)和由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成。差模干擾直接疊加在信號兩端，影響測量結(jié)果和控制精度。

2.2 干擾源的主要來源

2.2.1變頻器引起的諧波干擾

變頻器產(chǎn)生諧波是因為變頻器的主電路一般為交-直-交組成，在整流回路中，輸入電流的波形為不規(guī)則矩形波，波形按傅立葉級數(shù)分解為基波和各次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。在逆變輸出回路中，輸出電流信號是受PWM載波信號調(diào)制的脈沖波形，對于GTR大功率逆變元件，其PWM的載波頻率為2～3kHz，而IGBT大功率逆變元件的PWM最高載頻可達(dá)15kHz。

另外，高次諧波電流還通過電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設(shè)備。值得注意的是，變頻器既是諧波干擾的重要來源，也是干擾的受害者。因此在應(yīng)用變頻器時既要考慮抑制干擾又要考慮如何抗干擾，抑制干擾的方法與其它控制系統(tǒng)一致。

2.2.2信號線引入的干擾

在選煤廠的自動集中控制系統(tǒng)中，由于有來自配電盤接觸器、電動機(jī)保護(hù)器的輔助觸點、現(xiàn)場各類限位觸點必然需要大量的傳輸線，這些傳輸線在承擔(dān)檢測信號和控制信號的傳輸任務(wù)過程中，難免會有外部干擾信號侵入，如煤塵、介質(zhì)等引起的接觸不良，感應(yīng)負(fù)載開斷過程中出現(xiàn)的波動干擾以及電網(wǎng)通過變送器、儀表電源串入的干擾等。這類信號線引入的干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度的降低，嚴(yán)重時還將損傷元器件。

2.3 接地系統(tǒng)的干擾

如果屏蔽電纜的屏蔽層不是單端接地，而是兩端接地，可能會造成各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，使接地線、屏蔽層和大地構(gòu)成閉合環(huán)路，電纜屏蔽層會出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。如果在全廠一點接地的系統(tǒng)中，錯誤地進(jìn)行了多點接地，則可能引入嚴(yán)重的干擾信號。

3.選煤廠在電氣系統(tǒng)中常用的抗干擾措施

3.1 抗電源干擾

影響頻繁而又最嚴(yán)重的干擾是來自電源的干擾，可采取以下方法加以抑制：

（1）采用帶屏蔽層的隔離變壓器供電。隔離變壓器可以阻止浪涌電壓和尖脈沖的通過，其屏蔽層具有抑制高頻干擾和靜電感應(yīng)作用。隔離變壓器的原、副邊之間至少應(yīng)有兩層以上屏蔽保護(hù)。

（2）在要求較高的系統(tǒng)，可以在隔離變壓器前安裝與微控器系統(tǒng)相匹配的低通濾波器，以阻擋高頻干擾信號進(jìn)入系統(tǒng)。

（3）交流電引進(jìn)線應(yīng)盡量短，引進(jìn)接口靠近變壓器和低通濾波器，以防止50 Hz信號對系統(tǒng)的干擾。

3.2 對信號傳輸線引入干擾的抑制

3.2.1合理安裝與布線

第一， PLC等控制器應(yīng)遠(yuǎn)離強干擾源，如電焊機(jī)、大容量變頻裝置和大型動力設(shè)備，不能與高壓電器安裝在同一個開關(guān)柜內(nèi)；第二，信號線與動力線必須分開走線，或信號線與動力線必須分別放置在不同的金屬管道或者金屬軟管內(nèi)。

3.2.2合理選用傳輸線

通常采用雙絞線或屏蔽線作為信號傳輸線，對于模擬量控制信號線應(yīng)使用雙股絞合屏蔽線。

3.2.3其他措施

（1）在設(shè)計電動機(jī)等的PLC輸入輸出控制回路時采用隔離繼電器與外部接觸器、啟停銨鈕等隔離，以抑制干擾。

（2） PLC的輸出負(fù)載也可能產(chǎn)生干擾，可采取以下方法：直流輸出加續(xù)流二極管保護(hù)；交流輸出的阻容吸收電路；晶體管及雙向晶閘管輸出的旁路電阻保護(hù)等。

（3）對于因現(xiàn)場各種開關(guān)量接觸不良（如現(xiàn)場煤塵等引起）產(chǎn)生的干擾，應(yīng)采用并聯(lián)觸點或選用密封式觸點電氣件，并對連接點定期清理、加固。

（4）通過將低電壓信號轉(zhuǎn)換成小電流信號或頻率信號抑制干擾。

3.3 接地干擾的抑制

選煤廠PLC等組成的控制系統(tǒng)接地常采用并聯(lián)一點接地和串聯(lián)一點接地方式。并聯(lián)一點接地方式可使電流通過導(dǎo)線時所產(chǎn)生的壓降互不影響，不會形成干擾，對于集中布置的PLC系統(tǒng)適于并聯(lián)一點接地方式，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極，如圖1所示。

如果裝置間距較大，應(yīng)采用串聯(lián)一點接地方式（如圖2）。串聯(lián)接地引線較少，容易實現(xiàn)，然而每個串聯(lián)接地方式中各個電路的電流要經(jīng)過一個公共阻抗，所產(chǎn)生的壓降會對各自電路上的接地點電位造成不同程度的干擾，因此在布線時應(yīng)注意以下幾點：

（1）各電路接地線應(yīng)盡可能短。

（2）在設(shè)置地線時，在允許的情況下盡可能加粗導(dǎo)線截面，同時要注意支線、干線和總線的截面應(yīng)根據(jù)電流大小按比例加大。

（3）電平較低的子系統(tǒng)應(yīng)離總接地線最近，電平較高的子系統(tǒng)應(yīng)距總地線較遠(yuǎn)。信號源接地時，屏蔽層應(yīng)在信號側(cè)接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，一定要避免多點接地。

4.結(jié)語

對于選煤廠控制系統(tǒng)來說，干擾的抑制多數(shù)可通過上述方法得以實現(xiàn)。但抗干擾是一個十分復(fù)雜的問題，在控制系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)綜合考慮各方面的因素，才能找出合理、經(jīng)濟(jì)、有效的抑制干擾方法最終達(dá)到使控制系統(tǒng)正常工作的目的。提高選煤廠PLC控制系統(tǒng)抗干擾的措施較多，只要在實際研發(fā)應(yīng)用過程中，針對具體情況，采取適當(dāng)?shù)目垢蓴_措施，就完全可以使控制系統(tǒng)安全、可靠、準(zhǔn)確地工作，以達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳純，等.選煤廠電氣設(shè)備及自動化[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1990.