程顯明

(中色〈寧夏〉東方集團(tuán)有限公司，寧夏 石嘴山753000)

0 概述

真空自耗電弧爐是稀有難熔金屬的主要熔煉設(shè)備，可以進(jìn)行Ta、Nb、Ti、Zr等金屬及其合金的熔煉。對于鈦及鈦合金的熔煉來說仍然是當(dāng)前及今后的主流熔煉設(shè)備，電弧爐就是將海綿鈦、回收料電極或一次重熔電極在真空狀態(tài)下熔化在一定尺寸規(guī)格的坩堝內(nèi)形成鈦錠的設(shè)備。電弧爐電氣控制部分采用的是PLC系統(tǒng)。主站為西門子S7-400，從站采用beckhoff總線端子模塊，主站位于主配電柜內(nèi)，從站則多處在生產(chǎn)現(xiàn)場和動力電機附近，運行一段時間，會出現(xiàn)PLC信號干擾現(xiàn)象，對設(shè)備的可靠運行產(chǎn)生很大的負(fù)面影響，因此，找出和排除干擾源才能維護(hù)設(shè)備的正常穩(wěn)定運行。

隨著PLC自動控制技術(shù)的日漸成熟，越來越多的設(shè)備已由原來的繼電器控制全面轉(zhuǎn)換為PLC控制，因此，PLC的穩(wěn)定和可靠以及系統(tǒng)的抗干擾能力直接關(guān)系到整個自動控制系統(tǒng)正常運行。

1 PLC信號干擾對VAR爐的影響

（1）故障出現(xiàn)在非熔煉階段，PLC干擾故障的出現(xiàn)直接導(dǎo)致真空系統(tǒng)停止工作。

（2）故障出現(xiàn)在熔煉階段，PLC干擾故障出現(xiàn)將直接導(dǎo)致熔煉電源及真空系統(tǒng)停止工作，再次啟動熔煉電源耗時長，真空系統(tǒng)停止后，鑄錠將被氧化，影響鑄錠產(chǎn)品的質(zhì)量，若出現(xiàn)在熱封頂階段，將嚴(yán)重影響產(chǎn)品的成材率。

（3）未導(dǎo)致故障的PLC信號干擾的出現(xiàn)也會使采集到的信號值與實際值出現(xiàn)無規(guī)律誤差，影響后續(xù)的工藝要求及參數(shù)設(shè)置。

2 PLC信號干擾的主要來源

2.1 地線安裝錯誤

正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴(yán)重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。

電弧爐熔煉電源所接地線與低壓配電所接地線必須是單獨的兩個接地系統(tǒng)，若有兩個連接點則會造成PLC信號干擾，嚴(yán)重時會損壞低壓元件。

2.2 動力線纜干擾

變壓器、MCC柜、電力電纜和動力設(shè)備均為工頻,頻率較低,干擾一般發(fā)生在近場,而近場中隨著干擾源的特性不同,電場分量和磁場分量有很大差別。特別是動力設(shè)備啟動時,瞬間電流能夠達(dá)到額定電流的6～10倍,會產(chǎn)生大電流沖擊的暫態(tài)干擾。（見圖1）

圖1

動力設(shè)備和電力電纜對現(xiàn)場總線的干擾,與距離的平方成反比,即隨距離的增大,干擾衰減非?？?。

在系統(tǒng)的整流和逆變中,大功率電力電子元器件高速開和關(guān)轉(zhuǎn)換,產(chǎn)生大量的高頻電磁波，干擾低壓信號線纜。

2.3 電源電壓值波動

PLC主站、從站皆由24V直流供電，當(dāng)電壓不穩(wěn)，或傳輸距離較遠(yuǎn)產(chǎn)生電壓降，使得從站電源達(dá)不到24V或高于24V，此時從站將失去信號輸出能力，導(dǎo)致出現(xiàn)PLC干擾故障。

2.4 外接電源焊接

當(dāng)焊接過程出現(xiàn)失誤，致使輔助電極與電極沒有焊接緊密，此時需要補焊，而電弧爐無法完成補焊過程，只能通過外接等離子焊機完成焊接過程。焊機在工作過程中，地線接在電極上，焊接時產(chǎn)生大電流，一部分通過電極流經(jīng)坩堝，流至鎖閥，鎖閥上部profibus總線連接的編碼器，大電流流經(jīng)此處，立刻會對PLC造成干擾，嚴(yán)重時會損壞耐流等級低的元件。經(jīng)多次觀察，每次在開爐焊接時都會出現(xiàn)PLC報警，并損壞總線接頭。

2.5 元器件的損毀

Prifibus總線接頭的損壞將直接出現(xiàn)PLC信號故障。（見圖2、圖3）

圖2

圖3

元器件的損壞的原因：熔煉過程中爐頭與鎖閥未緊密結(jié)合而出現(xiàn)輕微漏電流；開爐爐外焊接時的大電流。

3 排除方法

通過對4臺電弧爐出現(xiàn)PLC干擾進(jìn)行大量比對與記錄，將總結(jié)出的排除方法歸納如下：

（1）確保低壓接地與熔煉電源接地的獨立安裝。

（2）將動力線與信號線盡可能的分離，重新對配電柜進(jìn)線周圍的電纜放置。

（3）檢查所有從站的工作電壓，調(diào)整到最佳工作數(shù)值。

（4）禁止進(jìn)行爐內(nèi)開爐焊接，防止元器件被大電流擊穿損壞。

（5）檢查所有主站與從站的總線接頭及相關(guān)電器元件的接觸。確保所有元件的正常工作。

（6）對每次出現(xiàn)PLC干擾報警的時間，狀態(tài)，時長，人員工作狀態(tài)等進(jìn)行記錄并找出規(guī)律。

4 結(jié)論

通過對4臺電弧爐大量的比對，記錄以及針對性的實驗，發(fā)現(xiàn)以下幾點PLC信號干擾的共性：

（1）PLC的干擾與地線系統(tǒng)息息相關(guān)，不論是熔煉電源的獨立接地，還是各低壓配電柜內(nèi)接地，都直接影響PLC信號的傳輸。所以確保設(shè)備上所有地線均正確安裝布置為首要工作。

（2）Profibus現(xiàn)場總線的屏蔽層是隔絕外界對其內(nèi)部信號干擾的最直接的保護(hù)，而這屏蔽層同時接到了設(shè)備低壓配電系統(tǒng)的接地線上，大多數(shù)元器件都是由于漏電流通過地線傳至本元件的屏蔽系統(tǒng)，導(dǎo)致?lián)p壞，影響信號的傳輸。

（3）鎖閥是PLC信號干擾最集中的部位，爐頭與鎖閥是否完全密和直接導(dǎo)致是否有漏電流的產(chǎn)生，電流小只會損壞周邊小的帶屏蔽層的元件，電流若很大時則會直接燒毀爐體地線，導(dǎo)致熔煉過程的停止以及大部分電纜的損壞。所以每次熔煉前必須仔細(xì)檢查爐頭與鎖閥的密和程度，不能有任何縫隙。

5 結(jié)語

電弧爐的PLC信號干擾不會一直消失，即使一階段解決，過一段時間仍會出現(xiàn)，只是干擾源不同，所以需要不斷的對干擾源進(jìn)行分析記錄，判定干擾源的位置，才能快速準(zhǔn)確的解決問題。

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