鐵合金行業(yè)布袋除塵器PLC系統(tǒng)抗干擾措施研究及應用

江蘇科行集團 毛廣海 唐國成 顧宏喜

摘要：根據(jù)對鐵合金行業(yè)布袋除塵PLC控制系統(tǒng)的設計、安裝和調試分析，經(jīng)過對多家PLC系統(tǒng)的施工、調試經(jīng)驗總結；探討和分析了鐵合金企業(yè)中各種干擾源對PLC控制系統(tǒng)帶來的影響和破壞，在對干擾源分析的基礎上，提出了抗干擾的有效措施和方法，以保證控制系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。

關鍵詞：電磁干擾；PLC控制系統(tǒng)；抗干擾

1 電網(wǎng)系統(tǒng)的干擾及采取措施

PLC系統(tǒng)對電源質量的要求非常嚴格，當電網(wǎng)內部變化、開關操作浪涌和大型電力設備(如礦熱爐)啟停時，都會通過電網(wǎng)對PLC系統(tǒng)造成干擾。

針對電網(wǎng)系統(tǒng)的干擾，PLC系統(tǒng)的供電采用了不間斷供電電源。

低通濾波器可以讓50 Hz的基波通過，濾掉高頻干擾信號；在線式不間斷供電電源(UPS)在交流供電中斷情況下，可以瞬時輸出交流電代替外界交流供電，是一種無觸點的不間斷供電，UPS還具有較強的干擾隔離性能。同時為確保供電安全，采取兩路供電線路。

2 電磁干擾及采取的措施

2．1 雷電電磁波的干擾及采取的措施

雷電電磁波是由強大的雷閃電流產(chǎn)生的脈沖電磁場，它對PLC系統(tǒng)的干擾有以下2種形式：①當控制室建筑物的防直擊雷裝置接閃時，在引下線內會通過強大的瞬間電流，如果在引下線周圍的一定距離內設有連接PLC系統(tǒng)的電纜，則會對電纜產(chǎn)生電磁輻射，將雷電電磁波引入了PLC系統(tǒng)，干擾或損壞PLC系統(tǒng)。②當控制室周圍發(fā)生雷擊放電時，會在各種金屬管道、電纜線路上產(chǎn)生感應電壓，從而傳到PLC系統(tǒng)上，并對其產(chǎn)生干擾或損壞。

因此，對于系統(tǒng)應有良好的防雷擊措施，要同時將PLC系統(tǒng)和防雷系統(tǒng)的接地系統(tǒng)進行等電位連接，即使受到雷電電磁波的干擾，由于它們之間不存在電位差，則大大減少PLC系統(tǒng)受雷電電磁波的影響。

2．2 空間輻射電磁場的干擾及采取的措施

空間輻射電磁場主要是由電力網(wǎng)絡、無線電廣播電視和變頻器等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾，若PLC系統(tǒng)置于其射頻場內，就會受到輻射干擾。

輻射干擾與現(xiàn)場設備的布置以及設備所產(chǎn)生的電磁場大小特別是頻率有關，一般通過設置屏蔽電纜和局部屏蔽消除空間輻射電磁場對PLC系統(tǒng)的干擾。屏蔽電纜選用雙絞線是抑制電磁場干擾的有效辦法，原因是由于雙絞線的每個小絞紐環(huán)中會通過交變的磁通，而這些變化磁通會在周圍的導體中產(chǎn)生電動勢，相鄰絞紐環(huán)在同一導體上產(chǎn)生的啟動勢方向相反，相互抵消，對電磁場干擾起到了較好的抑制作用。

3 信號線路引入的干擾及采取的措施

與PLC系統(tǒng)連接的各類信號線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入，引起I／O模件信號工作異常和測量精度的降低，嚴重時會引起元件的損壞。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動作和系統(tǒng)主機死機。信號線路引入的干擾在工業(yè)現(xiàn)場較為嚴重，實踐證明，因信號線路引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多，甚至造成I／O模件的損壞，筆者曾在某錳硅合金生產(chǎn)線工程調試中遇到過類似情況，在經(jīng)過良好的屏蔽和接地等多種措施后問題得到解決。

選用屏蔽電纜，敷設時應盡量不與動力電纜靠近或平行，并應遠離大功率變壓器等感性負載和變頻器等干擾源。電源電壓220V以下、電流10A以下的電源電纜與信號電纜之間的距離應大于150 mm；電源、電壓220 V以上的間隔距離應大于600 mm；現(xiàn)場不能遠離的可放在同一橋架內，但在中間加隔離鋼板。

4 電容、電感耦合引入的干擾及采取的措施

在設備現(xiàn)場往往有很多信號同時接入PLC系統(tǒng)，而且這些信號線通過電纜橋架或者電纜管道與系統(tǒng)現(xiàn)場站連接，多根信號線將不可避免地混在一起。由于這些信號之間均有分布電容存在，則會通過其將干擾加到其他的信號線上。同時在交變信號線的周圍會產(chǎn)生交變的磁通，使并行的導體之間產(chǎn)生電動勢，也將造成線路上的干擾。

采用金屬電纜管道或金屬電纜橋架敷設信號線，金屬電纜管道或金屬電纜橋架要充分接地，以消除電容電感耦合引入的干擾。

5 接地系統(tǒng)混亂引起的干擾

5．1 對接地系統(tǒng)的要求

1)由于接地系統(tǒng)直接關系到PLC系統(tǒng)的安全性及抗干擾能力和通訊系統(tǒng)的暢通，因此接地能否滿足要求，對系統(tǒng)十分重要。對于PLC系統(tǒng)，接地一般有4種，分別為：信號接地電阻R<5Ω，PLC控制器接地電阻R<1Ω，機柜接地電阻R<5Ω，通訊網(wǎng)絡屏蔽接地電阻R<1Ω。其之間相互獨立，每兩個接地間距要大于5m。

2)在PLC系統(tǒng)中，PLC機柜采用銅導線(≥35 mm²，2AWG)接到裝置接地排。機柜內部全部安置了模擬地匯流排或其他設施在接線時將屏蔽線分別接到模擬地匯流排上，然后將各機柜的匯流點用絕緣的銅辮或銅條以輻射狀連到接地點。

3)如果信號線中間有接頭時，屏蔽層連接應牢固并進行絕緣處理，要避免多點接地；如果多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏蔽電纜連接時，各屏蔽層要相互連接好，并經(jīng)絕緣處理，選擇適當?shù)慕拥靥巻吸c接地。

5．2屏蔽層接地

1)模擬信號屏蔽層的接地：是所有接地中要求最高的一種。由于模擬信號有精度要求，有時信號比較小而且與生產(chǎn)現(xiàn)場連接，因此模擬地要確保良好。如果電纜屏蔽層兩端都接地，就會存在地電位差而形成地環(huán)路，地環(huán)路產(chǎn)生的電流會流過屏蔽層干擾信號。

2)過程電纜屏蔽層接地：直接連接到機柜接地。

3)通訊電纜屏蔽層接地：主要指PROFIBUS—DP電纜屏蔽層接地。每條PROFIBUS—DP電纜屏層都需單點接地，可在其一端將其屏蔽層固定連接到控制器的安裝框架上。

5．3 附屬設備接地

負載、傳感器或調制解調器等所使用的附帶電源，若安裝在機柜內，則設備的(PE)端子應連接到保護地接地棒。

5．4控制柜接地

使用鋼絲網(wǎng)接地寬帶(如DSU485)和最近的機柜金屬表面連接，要求接地寬帶最長為300 mm、截面最小為16 m時，寬帶傳導性良好、機柜金屬表面接觸良好。

6 環(huán)境條件異常造成的干擾及采取的措施

6．1 控制室內環(huán)境溫度

PLC系統(tǒng)控制室內環(huán)境溫度一般認為以19～23℃為宜。當環(huán)境溫度大于29℃時，由于設備電子元件的溫度升高而使本身散熱效果不好，容易使設備電子元件溫升過高而損壞；溫度過低時會引起空氣結露，易使設備電子元件受潮，因此，要求控制室內的空調制冷情況要保持良好。

6．2控制室環(huán)境衛(wèi)生

當過多粉塵侵入設備內部時會造成元件散熱差，絕緣下降，特別是網(wǎng)絡設備的接口處灰塵較大時，更易發(fā)生接觸不良的情況。在江蘇科行集團1號、2號礦熱爐PLC系統(tǒng)實際維護工作中，就曾發(fā)現(xiàn)其中有2個SM331模件由于內部積灰過多造成工作不正常。在確保控制室環(huán)境衛(wèi)生良好的同時，控制柜的散熱風扇也要良好，利用設備定檢機會對設備進行吹灰除塵。控制室應盡量采用封閉式，進入時應有一個二道門的中間緩沖間，窗戶應采用雙層密封。

7 靜電干擾及采取措施

靜電干擾對PLC系統(tǒng)危害很大，應采用如下措施：

1)PLC系統(tǒng)中央控制室均采用了防靜電地板。

2)中央控制室門口放置了一塊裸露的金屬地板，而且金屬地板接地良好。

3)機房保持一定的濕度，防止空氣過于干燥而產(chǎn)生靜電，一般空氣濕度應保持在45％～55％。

4)維修人員在維護、檢修PLC設備時手不要觸及電子元件。