斗輪堆取料機(jī)PLC控制系統(tǒng)干擾分析及優(yōu)化治理

張立建

（長春發(fā)電設(shè)備總廠，吉林　長春　130000）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，數(shù)字控制在工業(yè)領(lǐng)域中最常見的控制設(shè)備就是可編程控制器，可編程控制器（PLC）得到大多數(shù)工業(yè)用戶的肯定，其特點(diǎn)主要集中在，使用靈活、通用性強(qiáng)，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，但在電廠應(yīng)用中，特別是在散料運(yùn)輸設(shè)備斗輪機(jī)的裝配使用中，由于斗輪機(jī)的PLC系統(tǒng)工作在諸如高壓電、變頻設(shè)備等強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境中，造成PLC系統(tǒng)不能正常工作的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。因此減少PLC[1]系統(tǒng)因干擾造成設(shè)備的穩(wěn)定性下降并作出相應(yīng)的防護(hù)措施，對(duì)特別重視穩(wěn)定的工業(yè)生產(chǎn)中具有重要意義。本文對(duì)影響斗輪機(jī)PLC系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素及如何在設(shè)計(jì)、安裝過程中提高其系統(tǒng)穩(wěn)定性兩個(gè)方面，做以下分析與探討。

1 干擾斗輪機(jī)PLC控制系統(tǒng)主要干擾因素

在斗輪機(jī)常用的PLC控制系統(tǒng)中，多采用歐美品牌，例如SIEMENS、Rockwell Automation、Schneider等，PLC裝置本身是比較可靠的，造成運(yùn)行期間運(yùn)行不穩(wěn)定的主要因素來自外部因素。PLC作為設(shè)備的運(yùn)行控制系統(tǒng)的核心，一旦受到干擾必定會(huì)對(duì)產(chǎn)生運(yùn)行產(chǎn)生不利的現(xiàn)象，造成PLC內(nèi)部大量數(shù)據(jù)丟失，對(duì)于斗輪機(jī)的運(yùn)行造成的結(jié)果就是運(yùn)行不穩(wěn)定、無故跳閘等現(xiàn)象發(fā)生。下面就斗輪機(jī)PLC系統(tǒng)干擾出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析：

圖1 供電網(wǎng)常見波動(dòng)

圖2 供電系統(tǒng)波動(dòng)組成

2 供電系統(tǒng)波動(dòng)產(chǎn)生的干擾

在日常運(yùn)行過程中，很多PLC系統(tǒng)不穩(wěn)定的根源來源于供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)。斗輪機(jī)電源多為用戶電網(wǎng)提供,高壓多為6kV，10kV，低壓380V，用戶電網(wǎng)中存在各種設(shè)備，因此電網(wǎng)內(nèi)部常發(fā)生較大的波動(dòng)，大開關(guān)操作分合[2]，大型電動(dòng)機(jī)啟停，電網(wǎng)內(nèi)變頻器或其它交直流轉(zhuǎn)換裝置引起的高次諧波，電網(wǎng)中產(chǎn)生的短路故障等情況引起的電網(wǎng)波動(dòng)，都會(huì)對(duì)斗輪機(jī)供電系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響。斗輪機(jī)供電系統(tǒng)多為用戶電網(wǎng)單路高壓或低壓對(duì)設(shè)備供電，設(shè)備本體內(nèi)部存在多臺(tái)大型電機(jī)，電機(jī)在啟動(dòng)瞬間電流可達(dá)額定電流的6-7倍，產(chǎn)生電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的大電流暫態(tài)干擾，由此設(shè)備內(nèi)部電網(wǎng)產(chǎn)生電壓拉低或不穩(wěn)定的情況發(fā)生，從而對(duì)斗輪機(jī)PLC系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

3 強(qiáng)磁輻射及感應(yīng)電的干擾

由于斗輪機(jī)運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜，PLC控制系統(tǒng)多運(yùn)行在變頻器、粉塵、噪音、震動(dòng)的環(huán)境中，信號(hào)在復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境下肯定受到不同程度的影響。斗輪機(jī)為重型散料運(yùn)輸設(shè)備，為了保證大機(jī)構(gòu)設(shè)備的平穩(wěn)啟停，多采用變頻器控制電機(jī)在低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由此產(chǎn)生的諧波干擾電網(wǎng)電壓[3]，并產(chǎn)生諧波電流，在諧波干擾的作用下，特別是斗輪機(jī)的PLC系統(tǒng)多采用遠(yuǎn)程IO，主從站通過總線連接，總線線路產(chǎn)生感應(yīng)耦合電壓、電流，從而造成PLC控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程站數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤。由以上分析可以看出，強(qiáng)磁輻射主要對(duì)斗輪機(jī)PLC系統(tǒng)存在兩方面的干擾：一方面是對(duì)PLC設(shè)備本體的電路輻射，造成電路感應(yīng)從而使其不能正常工作；另一方面就是對(duì)PLC的遠(yuǎn)程站，是由通訊總線的線纜輻射造成的感應(yīng)電磁干擾，造成通訊故障。

4 布線安裝、不規(guī)范造成的干擾

斗輪機(jī)為軌道運(yùn)行的重型設(shè)備，設(shè)備安裝在軌道之上，運(yùn)行震動(dòng)大，活動(dòng)關(guān)節(jié)多，造成設(shè)備在安裝布線期間可能存在諸多隱患，影像斗輪機(jī)PLC系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。目前斗輪機(jī)在PLC系統(tǒng)的布線安裝方面存在兩個(gè)方面問題：一方面，PLC系統(tǒng)總線多為屏蔽雙絞線、屏蔽同軸電纜，總線電纜的屏蔽層接線處理不當(dāng)。如果不接屏蔽線，則屏蔽電磁干擾的作用得不到體現(xiàn)。如果屏蔽線雙側(cè)接地，則易在接地點(diǎn)電位不同的情況下，形成總線電纜屏蔽層電流，從而干擾總線數(shù)據(jù)通訊；另一方面，連接遠(yuǎn)程IO站的PLC總線，通過斗輪機(jī)本體電纜橋架，與同樣布置在橋架中的電機(jī)電纜、低壓信號(hào)電纜交叉鋪設(shè)[4]，并且在這些電纜中普遍存在連接變頻設(shè)備的電纜，加之電纜的屏蔽線未做正確的安裝，極易造成電磁輻射外泄，造成PLC通訊電纜遭到強(qiáng)磁輻射，進(jìn)而干擾數(shù)據(jù)傳輸。

5 對(duì)斗輪堆取料機(jī)PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)化及對(duì)干擾的治理

在斗輪機(jī)PLC系統(tǒng)的使用過程中，要根本解決設(shè)備干擾問題，就必須在原有的設(shè)計(jì)和安裝中采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，從而提高斗輪機(jī)PLC系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。為了提高斗輪機(jī)PLC系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力，主要采用以下方法：

5.1 優(yōu)化斗輪機(jī)PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)[5-7]

圖3 強(qiáng)磁輻射及感應(yīng)電對(duì)PLC產(chǎn)生的影響

圖4 PLC系統(tǒng)電源

在斗輪機(jī)PLC系統(tǒng)的上口供電電路中添加隔離變壓器，斗輪機(jī)控制系統(tǒng)中一般采用兩項(xiàng)380V轉(zhuǎn)兩項(xiàng)220V的隔離變壓器，使用隔離變壓器兼有電網(wǎng)濾波功能；在此基礎(chǔ)上，再添加一路UPS電源更可以提供持續(xù)穩(wěn)定純凈的電源電壓[5]。在斗輪機(jī)電氣系統(tǒng)中，盡量采用屏蔽電纜進(jìn)行供電及信號(hào)布線，從而最大限度減少因外來電磁波在金屬表面產(chǎn)生的渦流，抵消和衰減原來的電磁干擾。在斗輪機(jī)PLC系統(tǒng)中，經(jīng)常要求斗輪機(jī)總線傳輸速度高、傳輸距離遠(yuǎn)、現(xiàn)場干擾大的情況下還需要穩(wěn)定運(yùn)行，在此種情況下就應(yīng)該考慮使用光纜，此種辦法可以有效解決輻射磁場干擾和傳導(dǎo)干擾的眾多問題。特別是斗輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件多，接地系統(tǒng)很難保證整機(jī)接地電位相等，采用光纜可以有效防止因整機(jī)接地電位差而產(chǎn)生的接地環(huán)流。

5.2 規(guī)范斗輪機(jī)PLC系統(tǒng)的安裝

斗輪機(jī)的PLC系統(tǒng)在安裝布線期間，通訊總線電纜應(yīng)避免與交流電機(jī)動(dòng)力電纜交叉鋪設(shè)，采用雙層橋架或在橋架中使用金屬隔板，把直流低壓控制電纜與交流動(dòng)力電纜分隔開，特別是連接變頻裝置的動(dòng)力電纜，這種分離方法可以把交流動(dòng)力電纜的對(duì)控制電纜的干擾降到最低[8-9]。對(duì)于斗輪機(jī)的PLC系統(tǒng)，它屬于高速低電平裝置特性，決定了它的屏蔽電纜及接地線應(yīng)該直接接地，接地電阻應(yīng)小于2Ω，對(duì)于現(xiàn)場總線的屏蔽線，應(yīng)進(jìn)行有效的單側(cè)接地，在電纜中間產(chǎn)生接頭時(shí)，應(yīng)有效做好總線電纜與屏蔽層的絕緣處理，并把屏蔽線同時(shí)做好接頭連接，防止因斗輪機(jī)接地系統(tǒng)安裝的不規(guī)范，造成的接地系統(tǒng)電位差而產(chǎn)生的接地環(huán)流。

6 總結(jié)

經(jīng)過以上分析，我們了解了斗輪機(jī)PLC系統(tǒng)干擾產(chǎn)生的成因，主要來源于供電系統(tǒng)的波動(dòng)，強(qiáng)磁輻射及感應(yīng)電的干擾和布線安裝的不規(guī)范。以及在設(shè)計(jì)、安裝過程中，提高斗輪機(jī)PLC系統(tǒng)電源的穩(wěn)定性[10]，就需要采取整機(jī)采用屏蔽電纜，電纜鋪設(shè)采用隔離分層等方式，在遠(yuǎn)距離及強(qiáng)磁干擾下采用光纜通訊，規(guī)范安裝布線方面等一系列措施。通過采取這些措施，提高了用戶使用斗輪機(jī)的工作效率和對(duì)國家工業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定持續(xù)進(jìn)行都有著積極的意義。

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