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影響PLC可靠運(yùn)行的原因及解決辦法

劉永猛，瞿繼武，魏忠晉

(河北北恒電氣科技有限公司 河北 保定 071051)

1概述

1.1提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的辦法

PLC是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制的設(shè)備，其可靠性較高，抗干擾能力較強(qiáng)；但當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過(guò)于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出；這將會(huì)造成設(shè)備的失控，從而造成相關(guān)設(shè)備的誤動(dòng)作及人身危險(xiǎn)。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面應(yīng)要求PLC生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力；另一方面應(yīng)要求在設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問(wèn)題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。

1.2PLC工作環(huán)境的要求及解決辦法

不能在陽(yáng)光直曬的地點(diǎn)使用，解決辦法是放在配電柜內(nèi)或者配電室。

溫度或者濕度超過(guò)使用說(shuō)明書要求的范圍不要使用，解決辦法是增加調(diào)溫調(diào)濕裝置。

溫度巨變產(chǎn)生冷凝的地點(diǎn)也不要使用，解決辦法是增加防凝露裝置。

容易遭受腐蝕的環(huán)境也不要使用，解決辦法是增加防護(hù)柜體或保護(hù)罩。

容易遭受沖擊或震動(dòng)的地點(diǎn)也不要使用，解決辦法是增加抗震動(dòng)措施。

2電磁干擾及其來(lái)源

電磁干擾是PLC控制系統(tǒng)中最常見(jiàn)也是最易影響系統(tǒng)可靠性的因素之一，所謂治標(biāo)先治本，找出問(wèn)題所在，才能提出解決問(wèn)題的辦法。因此必須知道現(xiàn)場(chǎng)干擾的源頭。

2.1強(qiáng)電干擾

PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)提供，尤其是在水電站系統(tǒng)中，斷路器分合操作的浪涌、發(fā)電機(jī)組設(shè)備增速減速和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁設(shè)備引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過(guò)輸電線路傳到電源原邊。

2.2柜內(nèi)干擾

對(duì)于400 V的低壓機(jī)組來(lái)說(shuō)，控制柜內(nèi)的高壓電器、大的電感性負(fù)載、混亂的布線都容易對(duì)PLC造成一定程度的干擾。

2.3來(lái)自信號(hào)線引入的干擾

與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過(guò)變送器供電電源或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視；二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾，這是很嚴(yán)重的。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起I/O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。

2.4來(lái)自接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾

接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。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(cuò)誤的接地反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使PLC系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

3主要抗干擾措施

3.1電源的合理處理，抑制電網(wǎng)引入的干擾

對(duì)于電源引入的電網(wǎng)干擾可以安裝1臺(tái)帶屏蔽層的變比為1∶1的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾；還可以在電源輸入端串接LC濾波電路(見(jiàn)圖1)。

圖1變壓器安裝示意

3.2安裝與布線

動(dòng)力線、控制線以及PLC的電源線和I/O線應(yīng)分別配線。將PLC的I/O線和大功率線分開(kāi)走線，如必須在同一線槽內(nèi)，應(yīng)分開(kāi)捆扎交流線、直流線；若條件允許，分槽走線最好，這不僅能使其有盡可能大的空間距離，而且能將干擾降到最低限度(見(jiàn)圖2)。

圖2配線示意

PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源如勵(lì)磁設(shè)備、大功率硅整流裝置和調(diào)速設(shè)備，不能與高壓電器安裝在同一個(gè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)。在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線(二者之間距離應(yīng)大于200 mm)。與PLC裝在同一個(gè)柜子內(nèi)的電感性負(fù)載，如功率較大的繼電器、接觸器的線圈，應(yīng)并聯(lián)RC消弧電路。

PLC的輸入與輸出最好分開(kāi)走線，開(kāi)關(guān)量與模擬量也要分開(kāi)敷設(shè)。模擬量信號(hào)的傳送應(yīng)采用屏蔽線，屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地，接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10。

交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜，輸出線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高壓線和動(dòng)力線，避免并行。

3.3I/O端的接線

(1)輸入接線

輸入接線一般不要太長(zhǎng)，但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時(shí)，輸入接線可適當(dāng)長(zhǎng)些。

輸入/輸出線不能用同一根電纜，輸入/輸出線要分開(kāi)。

盡可能采用常開(kāi)觸點(diǎn)形式連接到輸入端，使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致，便于閱讀。

(2)輸出連接

輸出端接線分為獨(dú)立輸出和公共輸出。在不同組中，可采用不同類型和電壓等級(jí)的輸出電壓，但在同一組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等級(jí)的電源。

3.4正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)

保護(hù)地：機(jī)柜里面一般有個(gè)地方?jīng)]有漆，然后用導(dǎo)線連出來(lái)，這就是機(jī)柜本體接地。電源里面的地線(就是黃綠相間的)也是這個(gè)作用，它可以防止機(jī)柜帶電；如柜體帶電，可從安全接地導(dǎo)入地下，不會(huì)對(duì)人造成傷害。

電源地線：這個(gè)線一般通過(guò)電源來(lái)路，回到了變壓器中心線，然后入地。有些地方，這個(gè)和保護(hù)地是一個(gè)，有些地方不是一個(gè)。

屏蔽接地：電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過(guò)屏蔽層，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí)，地線電流將更大?，F(xiàn)場(chǎng)在主控室內(nèi)，將幾根電纜的屏蔽線編辮子，然后接到機(jī)柜的屏蔽接地端子上(好的機(jī)柜都有接地銅條，而且是和機(jī)柜絕緣的)。

系統(tǒng)接地：PLC控制器為了與所控的各個(gè)設(shè)備同電位而接地，叫系統(tǒng)接地。接地電阻值不得大于4 Ω，一般需將PLC設(shè)備系統(tǒng)地和控制柜內(nèi)開(kāi)關(guān)電源負(fù)端接在一起，作為控制系統(tǒng)地。

良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地的目的通常一是為了安全，二是為了抑制干擾，三是對(duì)水電站的防雷進(jìn)行了很好的保護(hù)。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。

4結(jié)語(yǔ)

PLC控制系統(tǒng)只要按照產(chǎn)品使用手冊(cè)，進(jìn)行正確的安裝、接線、調(diào)試等，都能夠安全穩(wěn)定可靠地運(yùn)行；不僅提高了水電站的經(jīng)濟(jì)效益，也提高了水電站運(yùn)行的安全性。

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責(zé)任編輯吳昊

作者簡(jiǎn)介：劉永猛(1976-)，男，高級(jí)工程師，主要從事水電站自動(dòng)化系統(tǒng)的研究工作。

收稿日期：2016-01-05