張麗梅

排除PLC現(xiàn)場干擾問題的實踐

張麗梅

(西山煤電集團(tuán)公司 東曲礦選煤廠，山西 古交 030200)

PLC控制系統(tǒng)是自動化行業(yè)的主要組成部分，其可靠性直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運行。要提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性，在現(xiàn)有設(shè)施的前提下，要求在工程設(shè)計、安裝施工、設(shè)備選擇和使用維護(hù)中引起高度重視。系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，只有多方配合才能解決問題，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能。本文介紹了PLC在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用中所遇到的一系列干擾問題，并根據(jù)實踐經(jīng)驗，提出了相應(yīng)的解決方案。

可編程控制器;抗干擾;屏蔽;接地;延時繼電器

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及企業(yè)自動化程度的提高，可編程控制器(PLC)的應(yīng)用越來越廣泛。PLC雖然是由各種半導(dǎo)體集成電路組成的精密電子設(shè)備，但是由于受工作環(huán)境影響，其工作可靠性也有所下降。

PLC的干擾問題，一直是電子行業(yè)最棘手的問題，筆者根據(jù)多年來遇到過的干擾問題，歸納起來主要有以下幾種。

1 來自電源的干擾

由于電網(wǎng)覆蓋面積較大，受周圍輸電線的干擾，廠區(qū)電壓波動很大，已經(jīng)超過了正常允許的范圍。供電系統(tǒng)的設(shè)計直接影響了控制系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)模塊的輸入電壓超過正常的允許范圍時，模塊就會發(fā)生誤動作。如西山煤電集團(tuán)公司東曲礦選煤廠最初使用的系統(tǒng)中，發(fā)生模擬指示屏大面積閃動現(xiàn)象。

為了確保系統(tǒng)能夠可靠運行，使其工作電壓正常，該廠在電源接入控制器前采取了以下措施。

1)使用UPS不間斷供電。

UPS可以對控制器起到有效的保護(hù)作用。一是停電保護(hù)，當(dāng)交流輸入中斷時，UPS立即將電池直流電源轉(zhuǎn)換成交流電繼續(xù)供電。二是消除市電上的電涌、瞬間高低電壓、頻率偏移等電源污染對控制器造成的沖擊。

2)使用帶濾波器的隔離變壓器。

將主站和各分站I/O系統(tǒng)分別由帶濾波器的隔離變壓器供電，這樣可以把來自電源的傳導(dǎo)性干擾阻隔在隔離變壓器前，同時還可以為模塊提供相應(yīng)的等級的電壓，其示意圖見圖1。

圖1 帶濾波器的隔離變壓器工作示意圖

2 來自接地系統(tǒng)的干擾

接地是PC系統(tǒng)不可忽視的環(huán)節(jié)，正確的接地既能有效防止由漏電流產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，又能抑制電磁干擾的影響;而錯誤的接地，反而會引入干擾信號，使PLC系統(tǒng)無法正常工作。

東曲礦選煤廠集中控制系統(tǒng)初建成時，其接地系統(tǒng)與電機、變壓器等動力設(shè)備串聯(lián)在一起。筆者在一次巡視設(shè)備時，發(fā)現(xiàn)PC柜內(nèi)接地線在聯(lián)接處有火花，可見電纜屏蔽層內(nèi)有電流通過。當(dāng)電纜屏蔽層有感應(yīng)電流時，就會通過屏蔽層與芯線間的耦合干擾信號電路。

為了消除不良接地對控制系統(tǒng)的干擾，將控制器與其他設(shè)備單獨接地，在給控制器做單獨接地時，考慮了以下因素：

1)接地電纜應(yīng)盡可能短，截面積應(yīng)盡可能寬。

2)接地線應(yīng)避開強電回路和主回路電線，不能避開時應(yīng)垂直相交，應(yīng)盡量縮小平行走線長度。

3)屏蔽線只能一端接地，且在靠近控制器一側(cè)接地。

4)接地電纜布置呈樹狀結(jié)構(gòu)。

操作中，將直徑為50 mm，長2～2.5 m的圓鋼埋入地下約0.5～0.8 m深作為接地體，將屏蔽線辮成辮子，并使辮子的長寬比約為10∶1，且在PC柜一側(cè)接地(注：不能將屏蔽線的兩側(cè)同時接地)。接地線使用3×6+1×4的銅芯電纜擰成一股制成。將邏輯地、屏蔽地、信號地、系統(tǒng)地以及保護(hù)地并列接入接地體，并請專業(yè)技術(shù)人員對其接地阻值進(jìn)行測量，形成了一套較完善的接地系統(tǒng)。PLC接地系統(tǒng)示意圖見圖2。

圖2 PLC接地系統(tǒng)示意圖

3 來自I/O信號的干擾

系統(tǒng)的輸入輸出(I/O)是CPU與外界溝通信息的通道，由于受外部線路的影響，經(jīng)常會引入干擾信號。筆者在工作當(dāng)中遇到過CPU在系統(tǒng)正常運行中突然發(fā)生故障而中止工作或報警的情況。起初故障只是偶爾發(fā)生，后來頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)。當(dāng)故障發(fā)生時，現(xiàn)場找不到明顯的故障點，不需要進(jìn)行任何處理，設(shè)備立即就可以重新啟動。通過跟蹤設(shè)備開車的全過程，發(fā)現(xiàn)程序中有輸入信號閃動現(xiàn)象，跳閃時間一般超不過1 s，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)問題發(fā)生在信號傳輸上。為了解決這個問題，該廠采取了以下措施。

3.1 隔離繼電器法

首先在MCC柜中相應(yīng)的位置增加一只小型繼電器，這個繼電器要盡可能地靠近該設(shè)備的控制回路及端子，然后將接觸器輔助接點上DC24 V電源改為AC220 V電源，AC220 V電源引自開關(guān)下面，并通過4 A保險管。該AC220 V線路通過接觸器常開接點后作為中間繼電器的線圈電源，并將原來的DC24 V的電源線改接到中間繼電器的常開接點上，然后再由接點進(jìn)入PC柜內(nèi)，與原有控制回路銜接。這樣，既保證了進(jìn)入PC柜內(nèi)的控制線仍為DC24 V，又能有效地避開強電對弱電線路的干擾。改造后的原理示意圖見圖3。

圖3 隔離繼電器工作簡圖

3.2 程序加延時法

3.2.1 延時繼電器的工作原理

延時繼電器結(jié)構(gòu)圖見圖4。

圖4 延時繼電器結(jié)構(gòu)圖

其工作梯形圖見圖5。

圖5 工作梯形圖

輸出端

A=當(dāng)ENABLE端由0變?yōu)?時，輸出端也由0變?yōu)?;

B=當(dāng)ENABLE端由1變?yōu)?時，計時器開始計時，輸出端繼續(xù)為1;

C=當(dāng)前值達(dá)到預(yù)置值時，輸出端由1變?yōu)?，計時器停止計時;

D=當(dāng)ENABLE端由0變?yōu)?時，計時器復(fù)位，當(dāng)前值被清零;

E=當(dāng)ENABLE端由1變?yōu)?時，計時器開始計時;

F=當(dāng)ENABLE又由0變?yōu)?時，且當(dāng)前值不等于預(yù)置值時，計時器復(fù)位，當(dāng)前值被清零;

G=當(dāng)ENABLE端再由0變?yōu)?，計時器開始計時;

H=前值達(dá)到預(yù)置值時，輸出端由1變?yōu)?，計時器停止計時。

注：每一個計時器需占用3個連續(xù)的寄存器變量。

改動后的程序工作原理圖見圖6。

圖6 改動后的程序工作原理圖

3.2.2 具體實施方案

對所有參控設(shè)備的輸出程序進(jìn)行改造。具體方案：如果回路中出現(xiàn)干擾，那么它只在毫秒范圍內(nèi)，則在程序中加延時繼電器;當(dāng)線路中有干擾時，讓它實現(xiàn)延時斷開，從而有效抑制干擾信號對設(shè)備的影響。然而這個時間的設(shè)定不能影響正常的故障閉鎖停車，否則會造成更大的事故。同時，還考慮到閃動故障到來時會有聲報警，所以當(dāng)干擾信號不影響開車時，不要產(chǎn)生聲報警。因此，把這個時間定為0.8 s。程序改動分為兩類，一是輸出程序部分，二是報警程序部分。本次改造共改動程序78條，新增加程序54條。

4 結(jié)束語

PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個十分復(fù)雜的問題，因此，在抗干擾設(shè)計中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制干擾，對有些干擾情況還需做具體分析，采取對癥下藥的方法，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。

［1］ 韓富春.電力系統(tǒng)自動化技術(shù)［M］.北京：中國水利水電出版社，2004：33－39.

［2］ 王衛(wèi)兵，高俊生.可編程控制器的原理與應(yīng)用［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，2002：343－346.

Practice on Ruling out PLC Field Interference Problems

Zhang Li－mei

The PLC control system is the main component of automation industry，the reliability directly affects the safety production and economic operation of the enterprise.To improve the reliability of the PLC control system，in the existing facilities，should pay enough attention in the engineering design，the installment construction，equipment selection and use maintenance.The anti－interference ability of the system is the key link in relation to reliable operation of the whole system，only good cooperation can completely solve the problem，effectively enhance antijamming performance of the system.This paper introduces a series of interference problems in the application of PLC industrial field，and based on the practice puts forward the corresponding solutions.

Programmable controller;Anti－interference;Shielding;Grounding;Delay relay

TD679

A

1672－0652(2012)04－0039－03

2012－02－19

張麗梅(1970—)，女，山西汾陽人，1994年畢業(yè)于華北工學(xué)院，工程師，，主要從事電氣自動化與工業(yè)信息控制工作(E －mail)zlm0280@163.com