于飛

[摘 要]干擾是指疊加在電源電壓或正常工作信號(hào)上的其他電信號(hào)，主要是由于外部環(huán)節(jié)及硬件配置不當(dāng)引起。對(duì)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(dòng)和停車，會(huì)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(dòng)。這種干擾通過(guò)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(duì)象和被測(cè)信號(hào)往往分布在各個(gè)不同地點(diǎn)，并且，PLC裝置與它們之間有相當(dāng)長(zhǎng)的距離。因此信號(hào)線和控制線大多是長(zhǎng)線，從而造成來(lái)自導(dǎo)線的干擾。

[關(guān)鍵詞]抗干擾 自動(dòng)化應(yīng)用 輻射干擾 PLC控制

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(shí)際研發(fā)應(yīng)用過(guò)程中，針對(duì)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(hào)上的其他電信號(hào)，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(huì)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(hào)，這些電荷劇烈移動(dòng)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(hào)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(hào)線上感應(yīng)的同方向電壓迭加而成。共模電壓通過(guò)不對(duì)稱電路會(huì)轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測(cè)控信號(hào)，甚至造成元器件損壞。

差模干擾是作用于信號(hào)兩極間的干擾電壓，主要由電磁場(chǎng)在信號(hào)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(hào)兩端，影響測(cè)量結(jié)果和控制精度。

2.2 干擾源的主要來(lái)源

2.2.1變頻器引起的諧波干擾

變頻器產(chǎn)生諧波是因?yàn)樽冾l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(jí)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(hào)是受PWM載波信號(hào)調(diào)制的脈沖波形，對(duì)于GTR大功率逆變?cè)?，其PWM的載波頻率為2～3kHz，而IGBT大功率逆變?cè)腜WM最高載頻可達(dá)15kHz。

另外，高次諧波電流還通過(guò)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(lái)源，也是干擾的受害者。因此在應(yīng)用變頻器時(shí)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(hào)線引入的干擾

在選煤廠的自動(dòng)集中控制系統(tǒng)中，由于有來(lái)自配電盤(pán)接觸器、電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的輔助觸點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)各類限位觸點(diǎn)必然需要大量的傳輸線，這些傳輸線在承擔(dān)檢測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)的傳輸任務(wù)過(guò)程中，難免會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入，如煤塵、介質(zhì)等引起的接觸不良，感應(yīng)負(fù)載開(kāi)斷過(guò)程中出現(xiàn)的波動(dòng)干擾以及電網(wǎng)通過(guò)變送器、儀表電源串入的干擾等。這類信號(hào)線引入的干擾會(huì)引起I/O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度的降低，嚴(yán)重時(shí)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(huì)造成各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)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(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過(guò)屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號(hào)回路。如果在全廠一點(diǎn)接地的系統(tǒng)中，錯(cuò)誤地進(jìn)行了多點(diǎn)接地，則可能引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)。

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(lái)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(guò)，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(hào)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(hào)對(duì)系統(tǒng)的干擾。

3.2 對(duì)信號(hào)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(qiáng)干擾源，如電焊機(jī)、大容量變頻裝置和大型動(dòng)力設(shè)備，不能與高壓電器安裝在同一個(gè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)；第二，信號(hào)線與動(dòng)力線必須分開(kāi)走線，或信號(hào)線與動(dòng)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(hào)傳輸線，對(duì)于模擬量控制信號(hào)線應(yīng)使用雙股絞合屏蔽線。

3.2.3其他措施

（1）在設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)等的PLC輸入輸出控制回路時(shí)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(duì)于因現(xiàn)場(chǎng)各種開(kāi)關(guān)量接觸不良（如現(xiàn)場(chǎng)煤塵等引起）產(chǎn)生的干擾，應(yīng)采用并聯(lián)觸點(diǎn)或選用密封式觸點(diǎn)電氣件，并對(duì)連接點(diǎn)定期清理、加固。

（4）通過(guò)將低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成小電流信號(hào)或頻率信號(hào)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(diǎn)接地和串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。并聯(lián)一點(diǎn)接地方式可使電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)所產(chǎn)生的壓降互不影響，不會(huì)形成干擾，對(duì)于集中布置的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，如圖1所示。

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

（1）各電路接地線應(yīng)盡可能短。

（2）在設(shè)置地線時(shí)，在允許的情況下盡可能加粗導(dǎo)線截面，同時(shí)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(hào)源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號(hào)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。

4.結(jié)語(yǔ)

對(duì)于選煤廠控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，干擾的抑制多數(shù)可通過(guò)上述方法得以實(shí)現(xiàn)。但抗干擾是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)際研發(fā)應(yīng)用過(guò)程中，針對(duì)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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