淺析選煤廠PLC控制系統(tǒng)抗干擾及治理措施

王曉云 丁桂環(huán) 王雪艷

摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來越多的現(xiàn)代化機(jī)電設(shè)備應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)中，使生產(chǎn)效率得到大幅提高。PLC技術(shù)因其特有優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于煤礦選煤廠中，其具有較高的控制精度、簡單的結(jié)構(gòu)以及較廣的適用面等特點(diǎn)，不僅能夠提高機(jī)電設(shè)備自動化水平，而且能夠改善生產(chǎn)條件，降低事故率，已成為選煤廠正常運(yùn)行的重要組成部分。但PLC控制系統(tǒng)在應(yīng)用過程中會受到嚴(yán)重的干擾，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)誤動作或信號傳達(dá)錯誤，影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。本文簡要介紹了選煤廠PLC控制系統(tǒng)的干擾源，重點(diǎn)分析了選煤廠PLC控制系統(tǒng)常用的抗干擾措施，以期能為有關(guān)方面的需要提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：選煤廠；PLC控制系統(tǒng)；抗干擾措施

在選煤廠機(jī)電管理中，由于外部不良環(huán)境的影響，PLC控制系統(tǒng)受到嚴(yán)重干擾，電流脈沖、信號干擾以及硬件配置等因素直接威脅到PLC控制系統(tǒng)的正常工作，需要采取適當(dāng)?shù)目垢蓴_措施，使控制系統(tǒng)安全、可靠、準(zhǔn)確地工作，從而提高生產(chǎn)效率，保障安全生產(chǎn)。

1 PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

PLC控制系統(tǒng)綜合了電氣液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)等多種先進(jìn)的技術(shù)和方法，采用一類可編程的存儲器，能夠通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。PLC控制系統(tǒng)相比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)而言，具有結(jié)構(gòu)簡單、可操作性強(qiáng)、管控質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，能夠在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言改變設(shè)備運(yùn)行程序，有效解決了系統(tǒng)中的線路復(fù)雜和難以修改的問題，能夠根據(jù)不同的作業(yè)環(huán)境調(diào)整施工工藝，降低了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中繼電器觸點(diǎn)接觸不良引發(fā)的故障，并大大減少了設(shè)備的安裝調(diào)試時間，具有完善的自診斷和顯示功能。

2 選煤廠PLC控制系統(tǒng)的干擾源

PLC控制系統(tǒng)雖然具有較高的自動化程度和較廣的實(shí)用性，但自身存在一定的缺陷，在復(fù)雜環(huán)境下容易受到各種因素的干擾。特別是作業(yè)現(xiàn)場電流或電壓出現(xiàn)劇烈變化，會產(chǎn)生輻射、感應(yīng)、脈沖等，雜亂的信號對控制系統(tǒng)正常工作造成嚴(yán)重影響。

2.1 干擾源的分類

1）共模干擾。這種干擾由于電位差產(chǎn)生于信號和地之間，一般情況下由電網(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。不對稱電路會使共模電壓轉(zhuǎn)換成差模電壓，對測控信號產(chǎn)生直接影響，甚至損壞各種元器件。

2）差模干擾。這種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。差模干擾一般在信號兩端直接疊加，對控制精度和測量結(jié)果造成一定影響。

2.2 PLC的干擾源分析

1）接地不當(dāng)干擾。如果屏蔽電纜的屏蔽層是兩端接地，會導(dǎo)致無法均勻分布各個接地點(diǎn)電位，地電位差存在于不同的接地點(diǎn)間，使接地線、屏蔽層和大地構(gòu)成閉合環(huán)路，感應(yīng)電流出現(xiàn)在電纜屏蔽層中，受芯線與屏蔽層的耦合影響使信號回路受到干擾。如果在選煤廠一點(diǎn)接地系統(tǒng)中錯誤地進(jìn)行了多點(diǎn)接地，就會產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾信號，破壞整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2）電源干擾。PLC控制系統(tǒng)所使用的電源一般都是由電網(wǎng)的工頻交流電源經(jīng)降壓和整流處理而來。由于電網(wǎng)自身很容易受大容量電氣設(shè)備啟動和停止的影響，從而導(dǎo)致尖脈沖或浪涌電壓等現(xiàn)象對交流電源造成較大幅度的波動。

3）信號線引入干擾。在選煤廠的自動化控制系統(tǒng)中，需要使用大量的傳輸線來連接配電盤接觸器、電動機(jī)保護(hù)輔助觸點(diǎn)以及設(shè)備限位觸點(diǎn)等，利用傳輸線傳輸檢測信號和控制信號時，經(jīng)常會被外部干擾信號侵入，煤塵、介質(zhì)等會引起的觸點(diǎn)接觸不良，儀表電源的串入造成引號干擾，感應(yīng)負(fù)載開斷過程會出現(xiàn)的波動干擾，上述信號干擾會嚴(yán)重影響起I/O信號的工作精度，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，損傷控制系統(tǒng)的元器件。

4）電磁干擾。在大部分選煤廠中，都分布著高電壓、大電流的產(chǎn)生和分?jǐn)嘌b置，在啟動這些大電流裝置或正常工作過程中，會嚴(yán)重干擾整個PLC系統(tǒng)。例如接觸器、繼電器等電氣設(shè)備的動作將會產(chǎn)生大量的電磁場，這些電磁場會通過控制線入侵到控制系統(tǒng)中，造成PLC裝置無法動作或誤動作。

5）諧波干擾。由于變頻器的主電路由交流—直流—交流組成，輸入電流的波形在整流回路中為不規(guī)則矩形波，按傅立葉級數(shù)將波形分解為基波和各次諧波，其中輸入供電系統(tǒng)受到高次諧波的嚴(yán)重干擾。與此同時，高次諧波電流還通過電纜向空間輻射，對附近設(shè)備造成干擾，而變頻器雖然會產(chǎn)生諧波干擾，但也受諧波干擾的影響。所以，變頻器在使用過程中不僅需要考慮抑制干擾，而且需要抗干擾的措施。

3 選煤廠PLC控制系統(tǒng)常用的抗干擾措施

1）預(yù)防電源干擾。一是變壓器選用帶屏蔽層的，能夠?qū)饷}沖和浪涌電壓的通過產(chǎn)生阻止作用，確保屏蔽層具有抑制靜電感應(yīng)和高頻干擾效果，至少將兩層以上屏蔽保護(hù)設(shè)置在隔離變壓器的原、副邊之間；二是針對部分系統(tǒng)要求較高，可以將低通濾波器安裝在隔離變壓器前，防止系統(tǒng)中進(jìn)入高頻干擾信號；三是縮短交流電引進(jìn)線，在變壓器和低通濾波器附近引進(jìn)接口，避免系統(tǒng)受到50 Hz信號的干擾。

2）合理布置傳輸線。在選煤廠設(shè)備安裝布線時，PLC控制器需要遠(yuǎn)離電焊機(jī)、大容量變頻裝置以及大型動力設(shè)備等干擾源，避免在開關(guān)柜中安裝同時安裝高壓電器和控制器。在布置信號線和動力線時，需要分開走線，在不同的金屬軟管內(nèi)分別放置信號線和動力線。傳輸線的選用也非常重要，信號傳輸線一般采用雙絞線或屏蔽線，雙股絞合屏蔽線通常采用模擬量控制信號線。技術(shù)人員可以將隔離繼電器與外部接觸器、啟停銨鈕等設(shè)備應(yīng)用于PLC輸入輸出控制回路中。針對輸出負(fù)載干擾，可以采取晶體管輸出的旁路電阻保護(hù)或直流輸出加續(xù)流二極管保護(hù)。針對煤塵、藥劑等造成的開關(guān)接觸不良，可以定期對觸點(diǎn)進(jìn)行清理和加固，并更換為密封式觸點(diǎn)電氣件。

3）合理運(yùn)用隔離措施。在PLC控制系統(tǒng)中，隔離開關(guān)量信號時一般采用光電可控硅或光電耦合器，而光電耦合器隔離措施經(jīng)常應(yīng)用于PLC的模擬量模塊中。使用這些隔離措施不但能夠使外界對PLC控制系統(tǒng)的干擾大幅降低，而且能夠使CPU模塊得到有效保護(hù)，避免高壓電的侵入危害。不過如果PLC內(nèi)部的隔離措施無法滿足抗干擾效果，需要將繼電器設(shè)置在開關(guān)量信號輸入或輸出回路上，有效隔離干擾信號，保障控制系統(tǒng)正常運(yùn)行。

4）抑制接地干擾。在洗煤廠機(jī)電設(shè)備管理中，一般采用并聯(lián)一點(diǎn)接地和串聯(lián)一點(diǎn)接地方式連接控制系統(tǒng)，并聯(lián)一點(diǎn)接地方式能夠減少電流通過導(dǎo)線時所產(chǎn)生的壓降影響，而并聯(lián)一點(diǎn)接地方式適合應(yīng)用于集中布置的PLC系統(tǒng)中，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，如果裝置具有較大間距，需要使用串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。在設(shè)置地線時，縮短電路接地線，在條件允許的情況下加粗導(dǎo)線截面，根據(jù)電流大小按比例加大支線、干線和總線的截面。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，避免多點(diǎn)接地。

4 結(jié)束語

綜上所述，抗干擾是一個十分復(fù)雜的問題，雖然PLC控制系統(tǒng)自身已具備較好的抗干擾能力，但是選煤廠的很多設(shè)備處于強(qiáng)力電磁環(huán)境中，在使用和維護(hù)過程中會產(chǎn)生各種干擾因素，使PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力降低。這就需要生產(chǎn)單位采取有效措施增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，使PLC系統(tǒng)能夠安全、可靠、準(zhǔn)確地工作，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的

參考文獻(xiàn)

[1]張興華.PLC技術(shù)在機(jī)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].黑龍江科技信息，2015（11）.