山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動(dòng)化部 王囡囡

萊鋼120萬噸球團(tuán)感應(yīng)電壓消除方法的研究

山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動(dòng)化部 王囡囡

本文詳細(xì)介紹了在120萬噸球團(tuán)熱試車過程中出現(xiàn)高于24V(模板工作電壓24V)的感應(yīng)電壓后，通過分析噪聲、共模干擾、接地、作用于I/O信號(hào)上的干擾等原因，采取排除法，找到感應(yīng)電壓產(chǎn)生原因，并采取重新接地和隔離等措施消除感應(yīng)電壓的過程。

熔斷端子；噪聲；共模干擾；接地

1.引言

萊鋼120萬噸球團(tuán)項(xiàng)目始建于2009年8月，竣工于2010年8月，至今已投入使用1年多，運(yùn)行情況良好。其工藝控制過程為將鐵精粉與膨潤土按比例混合后，經(jīng)烘干、潤磨、混合后經(jīng)造球盤造成生球，再經(jīng)鏈篦機(jī)干燥預(yù)熱后進(jìn)回轉(zhuǎn)窯焙燒成成品球，運(yùn)至環(huán)冷機(jī)上緩冷后運(yùn)至成品倉庫存或直接運(yùn)往高爐生成鐵水供下一工序使用。

主控樓建筑布局為一層為低壓配電室(低壓配電柜及變頻器均安裝于此)，二層為PLC控制室，三層為辦公室，四層為造球室，五層為造球盤上料皮帶及裝置。

2.感應(yīng)電壓的出現(xiàn)

在球團(tuán)熱試車過程中發(fā)現(xiàn)PLC的熔斷端子不斷燒壞。本項(xiàng)目中所有數(shù)字量輸入均是現(xiàn)場來線先通過熔斷端子，再接入數(shù)字量輸入模板的。這樣如果來自現(xiàn)場的接線有接錯(cuò)或其它故障導(dǎo)致有大電流流過導(dǎo)線時(shí)，熔斷端子能先一步切斷電流，保護(hù)PLC控制模板。通過測量發(fā)現(xiàn)有端子損壞的回路其對地電壓有的高達(dá)60V，遠(yuǎn)高于柜內(nèi)所有設(shè)備包括模板、繼電器、配電器的24V供電電源。這么高的感應(yīng)電壓，如果不是在設(shè)計(jì)過程中添加了熔斷端子，那么PLC控制模板可能早已燒壞，因此必須盡快消除感應(yīng)電壓。

3.出現(xiàn)感應(yīng)電壓原因分析

要想解決感應(yīng)電壓的問題，就應(yīng)先找到感應(yīng)電壓出現(xiàn)的原因。在熱試車過程中，所有設(shè)備都開始上電準(zhǔn)備單機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此感應(yīng)電壓的出現(xiàn)可能與以下設(shè)備有關(guān)：變壓器、變頻器、造球盤、鏈篦機(jī)、現(xiàn)場操作箱等；感應(yīng)電壓的出現(xiàn)還可能與電纜敷設(shè)、接地、電源供電等有關(guān)；感應(yīng)電壓的出現(xiàn)還可能與噪聲、共模干擾、接地不良、作用于I/O信號(hào)的外部干擾等有關(guān)。下面進(jìn)行逐項(xiàng)分析：

3.1 噪聲作用

有用信號(hào)以外的所有電子信號(hào)總稱為噪聲，當(dāng)噪聲電壓大到足夠大時(shí)，就足以在接收中造成干擾。一個(gè)噪聲問題包括噪聲源、噪聲的傳播途徑和感受體三個(gè)要素。通俗的來講，噪聲源即現(xiàn)場使用的大電流設(shè)備，如造球盤、鏈篦機(jī)等，傳播途徑為連接到大電流設(shè)備上的導(dǎo)線和通過導(dǎo)線輻射出來的電磁場，感受體即為大電流設(shè)備附近的弱信號(hào)回路和電氣控制回路。從以上三要素可以看出，噪聲源是工程中客觀存在的，一旦確定是很難改變的，那我們就要從噪聲的傳播和增強(qiáng)感受體抗干擾能力方面來入手。即在噪聲的傳播路徑上予以衰減，要求在布線、接地、屏蔽、控制室設(shè)計(jì)、信號(hào)的處理和隔離、供電電源等多方面采取措施。

在增強(qiáng)感受體抗干擾能力方面，要從噪聲的傳播途徑分類上來控制。噪聲的傳播途徑分為幾大類：導(dǎo)線直接傳導(dǎo)藕合、電容性藕合、電感性藕合。感應(yīng)電壓主要來源于電容性藕合。電容性藕合正比于下列因素：噪聲電壓、噪聲頻率、兩導(dǎo)體間的分布電容、受感應(yīng)體的對地阻抗，抑制電容性藕合的最基本方法是減少與噪聲導(dǎo)體間的分布電容。而減少兩導(dǎo)體間的分布電容的最簡單的方法是加大與噪聲之間的距離，而距離是設(shè)計(jì)施工已確定的，也很難再更改。因此抑制噪聲的最有效措施就是在噪聲的傳播路徑上予以衰減。

3.2 共模干擾

共模干擾是信號(hào)對地的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)線上感應(yīng)的同方向電壓迭加所形成。共模干擾與干擾環(huán)境、被測信號(hào)源和測量距離有關(guān)。抑制共模干擾可以采取如下措施：

在信號(hào)源和控制系統(tǒng)之間施行單點(diǎn)接地；將信號(hào)源和控制之間實(shí)行隔離，同時(shí)隔離前和隔離后分別采用兩組互相獨(dú)立的電源，切斷兩部分的地線聯(lián)系。

3.3 接地

檢查接地是否良好，主要指的工作接地，工作接地包括信號(hào)回路接地和屏蔽接地。本系統(tǒng)中按照以下規(guī)范進(jìn)行排查：

3.3.1 非隔離信號(hào)需要建立一個(gè)統(tǒng)一的信號(hào)參考點(diǎn)，并應(yīng)進(jìn)行信號(hào)回路接地(即直流電源負(fù)極)。

3.3.2 隔離信號(hào)可以不接地。

3.3.3 儀表工作接地原則是單點(diǎn)接地，信號(hào)回路中應(yīng)避免產(chǎn)生接地回路，如果不可避免地一條線路上兩端接地，采用隔離器將兩接地點(diǎn)隔離開。電磁流量計(jì)等要求在現(xiàn)場側(cè)接地。

3.3.4 工作接地在接地匯總板之前不和保護(hù)接地混接。

因此，旅游經(jīng)營實(shí)體應(yīng)把握住當(dāng)前旅游發(fā)展的契機(jī)，發(fā)揮自身所長，以少數(shù)民族獨(dú)特風(fēng)情吸引游客前來消費(fèi)；在提高收入的同時(shí)，發(fā)展和創(chuàng)新自己的旅游產(chǎn)品，提高自身競爭力；提高自身素質(zhì)，結(jié)合當(dāng)代國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，積極配合政府開展的各類培訓(xùn)工作，不要局限于現(xiàn)有的效益，要有長遠(yuǎn)的發(fā)展眼光；可與同行合作適當(dāng)擴(kuò)大規(guī)模，形成完整的營銷體系，在遇到經(jīng)營問題時(shí)可以共同承擔(dān)、降低投資風(fēng)險(xiǎn)［3］。

3.3.5 檢查電纜是否有多處接地，接地點(diǎn)有一個(gè)以上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生噪聲電流，形成噪聲干擾源。

3.3.6 檢查操作臺(tái)、PLC控制柜、現(xiàn)場操作箱等接地是否良好。

3.4 作用于I/O信號(hào)的外部干擾

本系統(tǒng)中和PLC控制系統(tǒng)相連接的信號(hào)線包括兩大類：數(shù)字量信號(hào)和模擬量信號(hào)，外部干擾信號(hào)足以產(chǎn)生感應(yīng)電壓的有以下幾種：

3.4.1 信號(hào)線受空間工頻磁場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾，包括導(dǎo)體中的電流，變壓器等電力設(shè)備的漏磁通引起的干擾。

3.4.2 通過公用電源串入的電網(wǎng)干擾。

圖1 模擬量輸入模板接線圖

圖2 接地連接示意圖

如變頻器的輸出電壓含有的高次諧波，通過反饋污染了電網(wǎng)，通過線路的傳播以及電磁輻射也構(gòu)成了對控制信號(hào)的干擾。為消除高次諧波對控制信號(hào)干擾，可通過以下三種方法：

a.采用無高次諧波產(chǎn)生的變頻器。在本項(xiàng)目中使用變頻器的設(shè)備太多，如6個(gè)圓盤造球機(jī)、所有的拉式皮帶、給料機(jī)等，更換變頻器很難實(shí)現(xiàn)。

b.在高次諧波的傳播途徑上給予衰減。如控制信號(hào)采用屏蔽電纜、變頻器電源和控制系統(tǒng)供電電源獨(dú)立等。

4.設(shè)計(jì)階段已采取措施

本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段，是完全依照電氣、儀表、PLC的設(shè)計(jì)規(guī)范來設(shè)計(jì)的，我們已經(jīng)采取的措施包括：

4.1 電纜及電纜溝設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中信號(hào)電纜均采用屏蔽電纜。電纜溝依照《實(shí)用電氣安裝技術(shù)大全》進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的，采用雙側(cè)支架電纜溝，每側(cè)三層支架，每層支架間距20cm?？刂齐娎|放置在支架第一層，高于380V的電力電纜放置在末層。

4.2 信號(hào)隔離

所有的現(xiàn)場一次檢測原件包括流量計(jì)、差壓變送器、熱電偶、熱電阻等均采用隔離器進(jìn)行隔離，模擬量輸入接線如圖1所示。但來自變頻器的模擬量信號(hào)沒有隔離。接到現(xiàn)場的數(shù)字量輸出均是先接至繼電器，然后以干觸點(diǎn)的方式接到配電柜或現(xiàn)場操作箱的控制回路中，采用排除法，最易出現(xiàn)問題的地方是數(shù)字量輸入部分和來自變頻器的接線。

4.3 采用UPS電源

本項(xiàng)目中已采用雙機(jī)冗余的UPS電源，將PLC供電電源同其他電源完全隔離開。

5.解決辦法

5.1 檢查電纜接線

重新全面檢查電纜接線，看數(shù)字量輸入模板接線是否將現(xiàn)場操作箱、手操器的220V電源錯(cuò)誤串入24V回路中。檢查結(jié)果為沒有接錯(cuò)線。

5.2 重新檢查電纜敷設(shè)

重新檢查電纜的敷設(shè)情況，包括電纜溝內(nèi)和橋架內(nèi)電纜，是否按正確分層敷設(shè)電纜、是否在接近設(shè)備處沒有分層。在接近設(shè)備處沒有分層的采用架設(shè)小橋架的方式實(shí)現(xiàn)分層。(增加電源回路與弱電回路的距離)

5.3 模擬量信號(hào)均實(shí)現(xiàn)隔離

為消除可能的高次諧波干擾，對來自變頻器的模板量信號(hào)也先接入隔離器后再接入模板，實(shí)現(xiàn)模擬量信號(hào)全部隔離，杜絕電氣連接。

5.4 接地

檢查電纜接地情況，檢查屏蔽層是否接地，是否按要求接地，并將接地線重新堅(jiān)固。控制柜內(nèi)增加一條工作接地排，以與保護(hù)接地排區(qū)別開，柜內(nèi)工作接地在工作接地排匯合后，再與保護(hù)接地排一起接地。接地圖如圖2所示。

6.實(shí)施效果

通過實(shí)施上述幾種方法后，再次檢測感應(yīng)電壓，已降至2V左右，已完全不影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。該項(xiàng)目投入使用至今，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，說明消除感應(yīng)電壓的方法行之有效。

[1]諸邦田.電子電路實(shí)用抗干擾技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社,1994.

[2]儀表系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)規(guī)定(HG/T 20513-2000)(S).

[3]朱才來.變頻器對控制系統(tǒng)的干擾及對策[J].石油化工自動(dòng)化,2002:82-83.

王囡囡（1979—），女，山東莒南人，學(xué)士，工程師，現(xiàn)供職于山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動(dòng)化部，研究方向：交直流傳動(dòng)與自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。