張立建

（長春發(fā)電設(shè)備總廠，吉林　長春　130000）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應用，數(shù)字控制在工業(yè)領(lǐng)域中最常見的控制設(shè)備就是可編程控制器，可編程控制器（PLC）得到大多數(shù)工業(yè)用戶的肯定，其特點主要集中在，使用靈活、通用性強，可靠性高，抗干擾能力強，但在電廠應用中，特別是在散料運輸設(shè)備斗輪機的裝配使用中，由于斗輪機的PLC系統(tǒng)工作在諸如高壓電、變頻設(shè)備等強電磁干擾的環(huán)境中，造成PLC系統(tǒng)不能正常工作的現(xiàn)象時有發(fā)生。因此減少PLC[1]系統(tǒng)因干擾造成設(shè)備的穩(wěn)定性下降并作出相應的防護措施，對特別重視穩(wěn)定的工業(yè)生產(chǎn)中具有重要意義。本文對影響斗輪機PLC系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素及如何在設(shè)計、安裝過程中提高其系統(tǒng)穩(wěn)定性兩個方面，做以下分析與探討。

1 干擾斗輪機PLC控制系統(tǒng)主要干擾因素

在斗輪機常用的PLC控制系統(tǒng)中，多采用歐美品牌，例如SIEMENS、Rockwell Automation、Schneider等，PLC裝置本身是比較可靠的，造成運行期間運行不穩(wěn)定的主要因素來自外部因素。PLC作為設(shè)備的運行控制系統(tǒng)的核心，一旦受到干擾必定會對產(chǎn)生運行產(chǎn)生不利的現(xiàn)象，造成PLC內(nèi)部大量數(shù)據(jù)丟失，對于斗輪機的運行造成的結(jié)果就是運行不穩(wěn)定、無故跳閘等現(xiàn)象發(fā)生。下面就斗輪機PLC系統(tǒng)干擾出現(xiàn)的原因進行分析：

圖1 供電網(wǎng)常見波動

圖2 供電系統(tǒng)波動組成

2 供電系統(tǒng)波動產(chǎn)生的干擾

在日常運行過程中，很多PLC系統(tǒng)不穩(wěn)定的根源來源于供電系統(tǒng)電壓波動。斗輪機電源多為用戶電網(wǎng)提供,高壓多為6kV，10kV，低壓380V，用戶電網(wǎng)中存在各種設(shè)備，因此電網(wǎng)內(nèi)部常發(fā)生較大的波動，大開關(guān)操作分合[2]，大型電動機啟停，電網(wǎng)內(nèi)變頻器或其它交直流轉(zhuǎn)換裝置引起的高次諧波，電網(wǎng)中產(chǎn)生的短路故障等情況引起的電網(wǎng)波動，都會對斗輪機供電系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響。斗輪機供電系統(tǒng)多為用戶電網(wǎng)單路高壓或低壓對設(shè)備供電，設(shè)備本體內(nèi)部存在多臺大型電機，電機在啟動瞬間電流可達額定電流的6-7倍，產(chǎn)生電機啟動時的大電流暫態(tài)干擾，由此設(shè)備內(nèi)部電網(wǎng)產(chǎn)生電壓拉低或不穩(wěn)定的情況發(fā)生，從而對斗輪機PLC系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

3 強磁輻射及感應電的干擾

由于斗輪機運行環(huán)境的復雜，PLC控制系統(tǒng)多運行在變頻器、粉塵、噪音、震動的環(huán)境中，信號在復雜的電磁干擾環(huán)境下肯定受到不同程度的影響。斗輪機為重型散料運輸設(shè)備，為了保證大機構(gòu)設(shè)備的平穩(wěn)啟停，多采用變頻器控制電機在低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下驅(qū)動機構(gòu)，由此產(chǎn)生的諧波干擾電網(wǎng)電壓[3]，并產(chǎn)生諧波電流，在諧波干擾的作用下，特別是斗輪機的PLC系統(tǒng)多采用遠程IO，主從站通過總線連接，總線線路產(chǎn)生感應耦合電壓、電流，從而造成PLC控制系統(tǒng)的遠程站數(shù)據(jù)丟失或錯誤。由以上分析可以看出，強磁輻射主要對斗輪機PLC系統(tǒng)存在兩方面的干擾：一方面是對PLC設(shè)備本體的電路輻射，造成電路感應從而使其不能正常工作；另一方面就是對PLC的遠程站，是由通訊總線的線纜輻射造成的感應電磁干擾，造成通訊故障。

4 布線安裝、不規(guī)范造成的干擾

斗輪機為軌道運行的重型設(shè)備，設(shè)備安裝在軌道之上，運行震動大，活動關(guān)節(jié)多，造成設(shè)備在安裝布線期間可能存在諸多隱患，影像斗輪機PLC系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。目前斗輪機在PLC系統(tǒng)的布線安裝方面存在兩個方面問題：一方面，PLC系統(tǒng)總線多為屏蔽雙絞線、屏蔽同軸電纜，總線電纜的屏蔽層接線處理不當。如果不接屏蔽線，則屏蔽電磁干擾的作用得不到體現(xiàn)。如果屏蔽線雙側(cè)接地，則易在接地點電位不同的情況下，形成總線電纜屏蔽層電流，從而干擾總線數(shù)據(jù)通訊；另一方面，連接遠程IO站的PLC總線，通過斗輪機本體電纜橋架，與同樣布置在橋架中的電機電纜、低壓信號電纜交叉鋪設(shè)[4]，并且在這些電纜中普遍存在連接變頻設(shè)備的電纜，加之電纜的屏蔽線未做正確的安裝，極易造成電磁輻射外泄，造成PLC通訊電纜遭到強磁輻射，進而干擾數(shù)據(jù)傳輸。

5 對斗輪堆取料機PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)化及對干擾的治理

在斗輪機PLC系統(tǒng)的使用過程中，要根本解決設(shè)備干擾問題，就必須在原有的設(shè)計和安裝中采取相應的改進措施，從而提高斗輪機PLC系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。為了提高斗輪機PLC系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力，主要采用以下方法：

5.1 優(yōu)化斗輪機PLC系統(tǒng)設(shè)計[5-7]

圖3 強磁輻射及感應電對PLC產(chǎn)生的影響

圖4 PLC系統(tǒng)電源

在斗輪機PLC系統(tǒng)的上口供電電路中添加隔離變壓器，斗輪機控制系統(tǒng)中一般采用兩項380V轉(zhuǎn)兩項220V的隔離變壓器，使用隔離變壓器兼有電網(wǎng)濾波功能；在此基礎(chǔ)上，再添加一路UPS電源更可以提供持續(xù)穩(wěn)定純凈的電源電壓[5]。在斗輪機電氣系統(tǒng)中，盡量采用屏蔽電纜進行供電及信號布線，從而最大限度減少因外來電磁波在金屬表面產(chǎn)生的渦流，抵消和衰減原來的電磁干擾。在斗輪機PLC系統(tǒng)中，經(jīng)常要求斗輪機總線傳輸速度高、傳輸距離遠、現(xiàn)場干擾大的情況下還需要穩(wěn)定運行，在此種情況下就應該考慮使用光纜，此種辦法可以有效解決輻射磁場干擾和傳導干擾的眾多問題。特別是斗輪機轉(zhuǎn)動部件多，接地系統(tǒng)很難保證整機接地電位相等，采用光纜可以有效防止因整機接地電位差而產(chǎn)生的接地環(huán)流。

5.2 規(guī)范斗輪機PLC系統(tǒng)的安裝

斗輪機的PLC系統(tǒng)在安裝布線期間，通訊總線電纜應避免與交流電機動力電纜交叉鋪設(shè)，采用雙層橋架或在橋架中使用金屬隔板，把直流低壓控制電纜與交流動力電纜分隔開，特別是連接變頻裝置的動力電纜，這種分離方法可以把交流動力電纜的對控制電纜的干擾降到最低[8-9]。對于斗輪機的PLC系統(tǒng)，它屬于高速低電平裝置特性，決定了它的屏蔽電纜及接地線應該直接接地，接地電阻應小于2Ω，對于現(xiàn)場總線的屏蔽線，應進行有效的單側(cè)接地，在電纜中間產(chǎn)生接頭時，應有效做好總線電纜與屏蔽層的絕緣處理，并把屏蔽線同時做好接頭連接，防止因斗輪機接地系統(tǒng)安裝的不規(guī)范，造成的接地系統(tǒng)電位差而產(chǎn)生的接地環(huán)流。

6 總結(jié)

經(jīng)過以上分析，我們了解了斗輪機PLC系統(tǒng)干擾產(chǎn)生的成因，主要來源于供電系統(tǒng)的波動，強磁輻射及感應電的干擾和布線安裝的不規(guī)范。以及在設(shè)計、安裝過程中，提高斗輪機PLC系統(tǒng)電源的穩(wěn)定性[10]，就需要采取整機采用屏蔽電纜，電纜鋪設(shè)采用隔離分層等方式，在遠距離及強磁干擾下采用光纜通訊，規(guī)范安裝布線方面等一系列措施。通過采取這些措施，提高了用戶使用斗輪機的工作效率和對國家工業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定持續(xù)進行都有著積極的意義。

參考文獻：

[1]閆軍,周志霞.基于PLC的斗輪堆取料機自動控制系統(tǒng)設(shè)計[J].礦山機械,2009,(01):63-65.

[2]馮振明,趙鋒.PLC在斗輪堆取料機控制系統(tǒng)中的應用[J].吉林電力,2005,(05):36-38.

[3]應力恒,盧添福,阮秀凱. 礦物含量約束下的等同并行斗輪取料機調(diào)度[J]. 控制工程,2016,23(03):430-437.

[4]武帥,郭瑞琴,李中.斗輪堆取料機斗輪體結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計[J].機械設(shè)計與制造,2014:13-16.

[5]萬正喜,丁寧.斗輪堆取料機前臂架受力分析及優(yōu)化設(shè)計[J].起重運輸機械,2013,(01):9-11.

[6]葉南海,翟銀秀,張一鷗,蔡鵬. 基于參數(shù)化的特種裝備專家系統(tǒng)平臺開發(fā)[J]. 湖南大學學報(自然科學版),2013,40(12):39-44.

[7]楊正校,劉靜. 工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全防范研究[J]. 軟件,2014,35(08):55-58.

[8]梁娟,林菡,施鍵蘭,林小焱. 茶葉揉捻機的自動控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 軟件,2017,38(02):42-46.

[9]李林,于惠鈞,張發(fā)明,黃建鵬,田淑慧. Bachmann PLC在XE82-2000型風電機組控制系統(tǒng)中的應用[J]. 新型工業(yè)化,2017,7(04):13-17.

[10]范云龍. PLC與變頻器實現(xiàn)傳送帶同步控制[J]. 新型工業(yè)化,2017,7(02):77-80.