王明炎

（上海大屯能源股份有限公司發(fā)電廠，上海 221611）

1.PLC的干擾源分析

PLC控制系統(tǒng)是一種自動化程度高且配置十分靈活的控制工業(yè)生產(chǎn)過程的裝置。憑借自身的高可靠性，其在自動控制領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛。

美中不足的是，PLC控制系統(tǒng)本身存在著一定缺陷。盡管該系統(tǒng)具有可靠的與現(xiàn)場的隔離、端口之間的隔離、端口輸入輸出信號與總線信號間的隔離，但是，隨著PLC應(yīng)用場合的廣泛化，應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜化，其所受的干擾也不可避免的越來越多。

發(fā)電廠空間內(nèi)存在著極強(qiáng)的電磁場，如今的發(fā)電機(jī)電壓已經(jīng)高達(dá)數(shù)千伏，電流高達(dá)數(shù)百安乃至數(shù)千安，開關(guān)站輸出電壓更是高達(dá)幾十千伏甚至幾百千伏，由于實(shí)際現(xiàn)場條件的限制，所以經(jīng)常會出現(xiàn)近百米長強(qiáng)電與PLC信號電纜無法有效分隔的實(shí)際情況，甚至有時(shí)只能敷設(shè)于相同的電纜溝或電纜橋架中。因此，高電壓、大電流接通或斷開時(shí)會產(chǎn)生的強(qiáng)電干擾，極有可能會在PLC輸入線上產(chǎn)生較強(qiáng)的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓、電流會導(dǎo)致PLC輸入端的光電耦合器內(nèi)的發(fā)光二極管發(fā)光，致使光電耦合器的抗干擾作用無法有效發(fā)揮，由此導(dǎo)致PLC的誤動作、裝置死機(jī)、程序紊亂等情況出現(xiàn)。

干擾信號除卻經(jīng)PLC輸入端侵入PLC的情況之外，也很有可能經(jīng)PLC的電源進(jìn)入PLC。除此外，系統(tǒng)內(nèi)部的各元器件以及不同電路間也經(jīng)常會相互產(chǎn)生電磁輻射，存在著PLC系統(tǒng)的內(nèi)部干擾。如邏輯電路的互相輻射以及其對模擬電路產(chǎn)生的影響，模擬地和邏輯地之間的相互影響及各元器件間的不匹配使用等等。不同形式的干擾，都很有可能使系統(tǒng)無法正常工作。因此，研究PLC控制系統(tǒng)的干擾來源、成因以及抑制措施，對于提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力、增強(qiáng)其可靠性具有十分重要的作用。

2.抗干擾措施分析

2.1 隔離措施

PLC內(nèi)部采用了光電耦合器、輸出模塊中小型繼電器和光電可控硅等以隔離外部的開關(guān)量信號，PLC的模擬量I/O模塊通常也都采取光電耦合的隔離措施。這樣不僅能減少或消除外部干擾對系統(tǒng)的影響，而且能有效保護(hù)CPU模塊，令其免受由外部竄入PLC的高電壓的危害。因此，一般不需要在PLC外部設(shè)置抗干擾隔離器件。假如PLC輸入端的光電耦合器無法有效抵抗干擾，還可以利用小型繼電器來隔開發(fā)電站中用長線引入PLC輸入端的開關(guān)量信號。光電耦合器中發(fā)光二極管的工作電流僅為幾毫安，而小型繼電器線圈的吸合電壓達(dá)到幾十伏，強(qiáng)電干擾信號的電磁感應(yīng)產(chǎn)能量一般很難令用來隔離的繼電器吸合。不少系統(tǒng)需要利用外部信號多對觸點(diǎn)，一對觸點(diǎn)提供輸入信號給PLC，一對觸點(diǎn)提供開關(guān)量信號給上位計(jì)算機(jī)，一對觸點(diǎn)用于指示燈等。利用繼電器轉(zhuǎn)接輸入信號不但提供了多對觸點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)了對強(qiáng)電干擾信號的隔離。為了提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力，PLC外部信號、PLC以及計(jì)算機(jī)間的串行通信線路可以用光纖或帶光電耦合器的通信接口隔離，在要求必須防火、防爆的環(huán)境下這種方法更加適合。

2.2 電源措施

電源干擾主要是由供電線路阻抗耦合產(chǎn)生的，不同大功率的用電、發(fā)電設(shè)備是主要干擾源。假如PLC使用的是交流電源，那么在干擾很強(qiáng)或要求很高可靠性的場合，在PLC的交流電源輸入端加帶屏蔽層的隔離變壓器和低通濾波器。隔離變壓器用來抑制竄入的外來干擾，但是屏蔽層應(yīng)保證可靠接地。高頻干擾信號是通過初級、次級繞組間的分布電容傳遞的。在初級、次級繞組間加繞屏蔽層，可以減小繞組間的分布電容，提高抗高頻干擾能力，保證電源供電的可靠性。

2.3 PLC輸出端措施

繼電器輸出模塊觸點(diǎn)的工作電壓范圍寬、導(dǎo)通壓降小，相比于晶體管型和雙向可控硅型模塊，繼電器輸出模塊所能承受的瞬時(shí)過電壓、過電流能力強(qiáng)，但是速度較慢。系統(tǒng)的輸出量變化較少時(shí)，選用繼電器型輸出模塊比較合適。PLC輸出模塊中的小型繼電器觸點(diǎn)較小，斷弧能力較差，無法直接用于發(fā)電站DC220V的電路中，必須用PLC驅(qū)動外部繼電器，利用外部繼電器的觸點(diǎn)驅(qū)動DC220V負(fù)載。對外接繼電器的選擇，要仔細(xì)分析是用PLC控制接通還是斷開外部回路。

2.4 安裝與布線措施

開關(guān)量信號對信號電纜一般沒有嚴(yán)格的要求，一般的銅芯多股電纜即可選用，在傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，屏蔽電纜或光纖是理想的選擇。模擬信號最好選擇屏蔽電纜。通信電纜要求的可靠性高，當(dāng)通信電纜的信號頻率很高時(shí)，最好選用PLC生產(chǎn)廠家提供的專用電纜，當(dāng)可靠性要求不高或者信號頻率比較低時(shí)，可以用帶屏蔽的雙絞線電纜。PLC應(yīng)該遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源，例如大功率的可控硅裝置、高頻大功率焊機(jī)以及大型動力設(shè)備等等。不能將PLC與高壓電器安裝在同一開關(guān)柜內(nèi)，若在柜內(nèi)PLC應(yīng)盡量遠(yuǎn)離動力線。和PLC裝于同一開關(guān)柜內(nèi)的電感性元件，例如繼電器、接觸器內(nèi)的線圈，最好并聯(lián)RC消弧電路。不同類型的線應(yīng)該裝入不同的電纜管、電纜槽中，盡量使其有足夠的空間距離。PLC的I/O線和大功率動力線要分開走線，若在同一線槽中布線，信號線應(yīng)使用屏蔽電纜。交流線和直流線要用不同的兩根電纜，開關(guān)量、模擬量的I/O線應(yīng)盡量分開敷設(shè)，后者采用屏蔽線。傳送模擬信號屏蔽線，其屏蔽層一端接地，為了排除高頻干擾，數(shù)字信號線屏蔽層要并聯(lián)電位均衡線，其電阻應(yīng)最好小于屏蔽層電阻的1/10，同時(shí)將屏蔽層兩端接地。假如不能設(shè)置電位均衡線，或者只需考慮抑制低頻干擾的情況下，一端接地即可。不同信號線最好不用同一插接件轉(zhuǎn)接，假如一定要用同一插接件，用備用端子或者地線端子分隔開，可以有效降低干擾。

3.結(jié)語

電力系統(tǒng)極其復(fù)雜，在電力系統(tǒng)中的PLC控制系統(tǒng)更是充滿不確定因素。PLC控制系統(tǒng)干擾因素更是錯(cuò)綜復(fù)雜，要想盡可能地減少或消除干擾，必須綜合電力系統(tǒng)本身所固有的問題以及PLC控制系統(tǒng)一系列的要求進(jìn)行全方位的考慮，從PLC控制系統(tǒng)的干擾源進(jìn)行分析，對PLC的隔離、電源、輸出端以及相應(yīng)的安裝與布線措施進(jìn)行全方位改進(jìn)，以達(dá)到減少甚至消除干擾的目的，充分提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力與可靠性。

[1]張良益.水電站PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施[J].水電廠自動化,2008(9).

[2]屈丹.發(fā)電廠中PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施[J].東北電力技術(shù),2006:3.

[3]黃勁杉,姜學(xué)智等.虛擬分布式處理單元的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)仿真,2003,20(4).