水泥廠PLC的抗干擾問題
1 概述
近年來,PLC控制技術(shù)在水泥工業(yè)生產(chǎn)中得到了越來越廣泛地應(yīng)用。但由于現(xiàn)場使用環(huán)境一般比較惡劣,如水泥廠中有許多大功率的交、直流電動機,在啟動和停止的過程中使電網(wǎng)電壓波動較大,同時在環(huán)境中產(chǎn)生大量的電磁干擾,PLC在這樣的供電網(wǎng)絡(luò)和使用環(huán)境中,其工作穩(wěn)定性受到影響。因此,如何解決PLC在實際應(yīng)用中的抗干擾問題,使其不受外界環(huán)境的干擾而穩(wěn)定工作,從而保證生產(chǎn)線的正常運行,是一個至關(guān)重要的問題。
一般而言,在有用信號上疊加并產(chǎn)生的畸變信號即為干擾信號。干擾又有內(nèi)部干擾和外部干擾之分。內(nèi)部干擾即為柜內(nèi)元器件在工作中產(chǎn)生的干擾,如PLC本身的抗干擾性能,斷路器及交流接觸器在通斷時產(chǎn)生的飛弧,小型繼電器頻繁的動作等都對系統(tǒng)運行有一定的影響。這屬于器件選型、PLC接口設(shè)計、柜內(nèi)合理布線應(yīng)考慮的問題。外部干擾是指在生產(chǎn)環(huán)境中通過空間輻射和感應(yīng),由電源線、控制線、信號線及地線導(dǎo)入的雜散信號對有用信號的干擾。如大的動力設(shè)備和起動裝置在工作過程中產(chǎn)生的尖峰電流對電網(wǎng)電壓的影響。同時電流改變產(chǎn)生磁場,對設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射,磁場改變產(chǎn)生電流,電磁高速產(chǎn)生電磁波等都會影響系統(tǒng)可靠地運行。本文將對幾種主要的干擾問題及措施進行探討。
2 強電干擾
現(xiàn)場引起的干擾情況比較復(fù)雜,原因很多,要解決干擾問題,首先要找出引起干擾的原因,然后針對問題加以解決。有些干擾可以在事后想辦法解決,而有些干擾必須事前周密考慮加以實施,否則事后解決就會非常麻煩。如儀表信號、PLC控制信號都為弱電,易受強電干擾。所以在柜外布線時要嚴(yán)格按要求施工,在采用電纜溝、電纜橋架、穿管等敷設(shè)方式時,將通訊線、信號線、控制線等弱電信號遠離強電,其間距最好要大于20cm。電纜溝采用多層敷設(shè)時,要將弱電電纜敷設(shè)在強電電纜的下方。否則由于布線錯誤導(dǎo)致干擾,在現(xiàn)場重新布線會存在很大困難,有時侯條件根本就不允許。
3 柜內(nèi)干擾
在設(shè)計與元器件選型時就要充分考慮可能存在的干擾問題。如采用對電網(wǎng)沖擊小的啟動方式,選用滅弧性能好的斷路器及接觸器,使起動裝置分?jǐn)嗄芰?、滅弧快、飛弧距離小。
PLC不能和高壓電器安裝在同一個控制柜內(nèi)。在低壓柜內(nèi)PLC的安裝應(yīng)遠離大功率器件,在柜內(nèi)走線時,最好將PLC的I/O線、信號線與動力線分開走線。如必須在同一線槽內(nèi),應(yīng)分開捆扎交流線、直流線。若走線混亂,會引起設(shè)備的誤動作,給檢查帶來相當(dāng)大的麻煩。所以在控制柜設(shè)計時要充分考慮這種情況,只有器件擺放合理,走線清晰,才能最大限度的減少各種干擾。
PLC的輸出采用小型中間繼電器實現(xiàn)對外部開關(guān)量的隔離。如果受現(xiàn)場條件限制,輸入信號線不能與強電電纜有效隔離,可以用小型繼電器的觸點來隔離輸入端的開關(guān)量信號??刂乒駜?nèi)有很多信號線,不同的信號線最好不用同一個插接件轉(zhuǎn)接,以減少相互干擾。與PLC安裝在同一個柜子內(nèi)的電感性負(fù)載,如交流接觸器、小型繼電器的線圈,應(yīng)在其兩端并接阻容吸收器(RC)消弧電路。使柜內(nèi)干擾減少到最低程度。
4信號線的抗干擾
信號線承擔(dān)著PLC與上位機信息交換、數(shù)據(jù)采集的傳輸任務(wù)。因此,傳輸質(zhì)量的好壞直接影響到整個系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確性、可靠性和穩(wěn)定性。對信號線的干擾主要是來自空間的電磁輻射,有共模干擾和差模干擾兩種:
4.1共模干擾
共模干擾是指信號線上共有的干擾信號,一般是由控制系統(tǒng)的接地端與被測信號的接地端存在一定的電位差引起的。這種干擾在兩條信號線上的周期、頻率等基本相同,應(yīng)采取如下措施來消除或抑制干擾:
?。?)采用雙差分輸入的差動放大器,這種放大器具有很高的共模抑制比;
?。?)輸入線采用絞合線,因絞合線能降低共模干擾,其感應(yīng)互相抵消;
?。?)采用光電隔離的方法,可以消除共模干擾;
?。?)采用屏蔽線對信號隔離,并單邊接地;
(5)對于距離較遠傳輸?shù)男盘?,要注意阻抗匹配問題,以避免信號失真。
4.2差模干擾
差模干擾是指疊加在測量信號線上的干擾信號,其來源一般是耦合引起的干擾。這種干擾大多是頻率較高的交變信號,抑制干擾的方法有:
?。?)選用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器,因為這種積分器的工作特點具有一定的消除高頻干擾的作用;
?。?)在輸入回路加裝RC濾波器或雙T濾波器,以消除高次諧波;
?。?)盡量將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號再傳輸。
另外,正確、良好的接地,可以將混入電源和I/O電路的干擾信號引入大地,消除或減少干擾對系統(tǒng)的影響,這是安全保護和抑制噪聲的重要手段,對提高系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性尤為重要。為了盡量減少電磁噪聲產(chǎn)生的干擾,在電源回路和控制回路分別設(shè)置接地極。所有接地線不可形成接地回路,屏蔽層、數(shù)字信號地可以接于控制回路接地極,為防止形成回路,屏蔽層應(yīng)單端接地??刂破鞯慕拥鼐€與電源線、動力線要分開,嚴(yán)禁與其他設(shè)備串聯(lián)接地。
5 變頻器的干擾
變頻器在啟動和運行過程中產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)造成干擾,使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生畸變,從而影響了電網(wǎng)的供電質(zhì)量,同時變頻器的輸出會產(chǎn)生較強的電磁輻射干擾,影響周邊設(shè)備的正常運行,特別是對PLC控制系統(tǒng)影響較大。對于變頻器產(chǎn)生的干擾處理起來比較麻煩,一般有以下幾種:
5.1合理布線
安裝時要將變頻器散熱器、電源中性線、變頻器外殼和中性端、電機外殼和Y型接法中性端要可靠的接于電源回路接地極上,并避免形成“地環(huán)路”。變頻器的接地電阻越小越好,接地導(dǎo)線截面積應(yīng)大于4mm²,長度最好控制在20m以內(nèi)。并注意控制器的接地線與電源線、動力線分開,為防止對信號的干擾,通訊管路最好采用全程金屬管或金屬軟管。
5.2加隔離變壓器
主要是針對來自電源的傳導(dǎo)干擾,這樣做可以將大部分傳導(dǎo)干擾阻隔在隔離變壓器之前。同時對電源電壓還兼有變換的作用。
5.3凈化輸入電源
一般情況下,水泥廠的大型電機在啟動時會造成電網(wǎng)電壓的下降,而在停機時由于大電感的作用,又會使電網(wǎng)電壓突升,因而對PLC系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生不利影響??赏ㄟ^加交流穩(wěn)壓電源或采用獨立的電源(即從低壓配電室母線上直接取電源)來解決,以消除因電網(wǎng)電壓波動對系統(tǒng)造成的干擾。
5.4使用濾波器
濾波器分有源和無源兩種,一般采用無源濾波即會產(chǎn)生較好效果。這些濾波器有較強的抗干擾能力,其抑制了電壓的快速變化,而且還降低了漏電流和高頻輻射,同時還能防止將設(shè)備本身的干擾傳導(dǎo)給電源,有些還兼有尖峰電壓吸收功能。
5.5使用電抗器。
在斷路器與變頻器之間增加交流電抗器,用于改善輸入功率因數(shù),降低高次諧波及抑制電源浪涌;在變頻器上P1、P+ 端接直流電抗器,用于改善功率因數(shù),抑制尖峰電流;在變頻器到電動機之間增加輸出交流電抗器,用于抑制變頻器的發(fā)射干擾和感應(yīng)干擾,抑制電動機電壓的振動。
6 結(jié)束語
由于現(xiàn)場干擾情況錯綜復(fù)雜,干擾源五花八門。但只要我們在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選型、現(xiàn)場施工、設(shè)備調(diào)試等工作中周密考慮、認(rèn)真對待,并采取相應(yīng)的抗干擾措施,就能夠?qū)F(xiàn)場干擾降到最低限度,使PLC控制系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定的運行。
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