水泥廠PLC的抗干擾問題

　　1 概述

　　近年來，PLC控制技術(shù)在水泥工業(yè)生產(chǎn)中得到了越來越廣泛地應(yīng)用。但由于現(xiàn)場使用環(huán)境一般比較惡劣，如水泥廠中有許多大功率的交、直流電動機(jī)，在啟動和停止的過程中使電網(wǎng)電壓波動較大，同時(shí)在環(huán)境中產(chǎn)生大量的電磁干擾，PLC在這樣的供電網(wǎng)絡(luò)和使用環(huán)境中，其工作穩(wěn)定性受到影響。因此，如何解決PLC在實(shí)際應(yīng)用中的抗干擾問題，使其不受外界環(huán)境的干擾而穩(wěn)定工作，從而保證生產(chǎn)線的正常運(yùn)行，是一個(gè)至關(guān)重要的問題。

　　一般而言，在有用信號上疊加并產(chǎn)生的畸變信號即為干擾信號。干擾又有內(nèi)部干擾和外部干擾之分。內(nèi)部干擾即為柜內(nèi)元器件在工作中產(chǎn)生的干擾，如PLC本身的抗干擾性能，斷路器及交流接觸器在通斷時(shí)產(chǎn)生的飛弧，小型繼電器頻繁的動作等都對系統(tǒng)運(yùn)行有一定的影響。這屬于器件選型、PLC接口設(shè)計(jì)、柜內(nèi)合理布線應(yīng)考慮的問題。外部干擾是指在生產(chǎn)環(huán)境中通過空間輻射和感應(yīng)，由電源線、控制線、信號線及地線導(dǎo)入的雜散信號對有用信號的干擾。如大的動力設(shè)備和起動裝置在工作過程中產(chǎn)生的尖峰電流對電網(wǎng)電壓的影響。同時(shí)電流改變產(chǎn)生磁場，對設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射，磁場改變產(chǎn)生電流，電磁高速產(chǎn)生電磁波等都會影響系統(tǒng)可靠地運(yùn)行。本文將對幾種主要的干擾問題及措施進(jìn)行探討。

　　2 強(qiáng)電干擾

　　現(xiàn)場引起的干擾情況比較復(fù)雜，原因很多，要解決干擾問題，首先要找出引起干擾的原因，然后針對問題加以解決。有些干擾可以在事后想辦法解決，而有些干擾必須事前周密考慮加以實(shí)施，否則事后解決就會非常麻煩。如儀表信號、PLC控制信號都為弱電，易受強(qiáng)電干擾。所以在柜外布線時(shí)要嚴(yán)格按要求施工，在采用電纜溝、電纜橋架、穿管等敷設(shè)方式時(shí)，將通訊線、信號線、控制線等弱電信號遠(yuǎn)離強(qiáng)電，其間距最好要大于20cm。電纜溝采用多層敷設(shè)時(shí)，要將弱電電纜敷設(shè)在強(qiáng)電電纜的下方。否則由于布線錯(cuò)誤導(dǎo)致干擾，在現(xiàn)場重新布線會存在很大困難，有時(shí)侯條件根本就不允許。

　　3 柜內(nèi)干擾

　　在設(shè)計(jì)與元器件選型時(shí)就要充分考慮可能存在的干擾問題。如采用對電網(wǎng)沖擊小的啟動方式，選用滅弧性能好的斷路器及接觸器，使起動裝置分?jǐn)嗄芰?qiáng)、滅弧快、飛弧距離小。

　　PLC不能和高壓電器安裝在同一個(gè)控制柜內(nèi)。在低壓柜內(nèi)PLC的安裝應(yīng)遠(yuǎn)離大功率器件，在柜內(nèi)走線時(shí)，最好將PLC的I/O線、信號線與動力線分開走線。如必須在同一線槽內(nèi)，應(yīng)分開捆扎交流線、直流線。若走線混亂，會引起設(shè)備的誤動作，給檢查帶來相當(dāng)大的麻煩。所以在控制柜設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮這種情況，只有器件擺放合理，走線清晰，才能最大限度的減少各種干擾。

　　PLC的輸出采用小型中間繼電器實(shí)現(xiàn)對外部開關(guān)量的隔離。如果受現(xiàn)場條件限制，輸入信號線不能與強(qiáng)電電纜有效隔離，可以用小型繼電器的觸點(diǎn)來隔離輸入端的開關(guān)量信號。控制柜內(nèi)有很多信號線，不同的信號線最好不用同一個(gè)插接件轉(zhuǎn)接，以減少相互干擾。與PLC安裝在同一個(gè)柜子內(nèi)的電感性負(fù)載，如交流接觸器、小型繼電器的線圈，應(yīng)在其兩端并接阻容吸收器(RC)消弧電路。使柜內(nèi)干擾減少到最低程度。

　　4信號線的抗干擾

　　信號線承擔(dān)著PLC與上位機(jī)信息交換、數(shù)據(jù)采集的傳輸任務(wù)。因此，傳輸質(zhì)量的好壞直接影響到整個(gè)系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確性、可靠性和穩(wěn)定性。對信號線的干擾主要是來自空間的電磁輻射，有共模干擾和差模干擾兩種：

　　4.1共模干擾

　　共模干擾是指信號線上共有的干擾信號，一般是由控制系統(tǒng)的接地端與被測信號的接地端存在一定的電位差引起的。這種干擾在兩條信號線上的周期、頻率等基本相同，應(yīng)采取如下措施來消除或抑制干擾：

　　(1)采用雙差分輸入的差動放大器，這種放大器具有很高的共模抑制比;

　　(2)輸入線采用絞合線，因絞合線能降低共模干擾，其感應(yīng)互相抵消;

　　(3)采用光電隔離的方法，可以消除共模干擾;

　　(4)采用屏蔽線對信號隔離，并單邊接地;

　　(5)對于距離較遠(yuǎn)傳輸?shù)男盘枺⒁庾杩蛊ヅ鋯栴}，以避免信號失真。

　　4.2差模干擾

　　差模干擾是指疊加在測量信號線上的干擾信號，其來源一般是耦合引起的干擾。這種干擾大多是頻率較高的交變信號，抑制干擾的方法有：

　　(1)選用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，因?yàn)檫@種積分器的工作特點(diǎn)具有一定的消除高頻干擾的作用;

　　(2)在輸入回路加裝RC濾波器或雙T濾波器，以消除高次諧波;

　　(3)盡量將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號再傳輸。

　　另外，正確、良好的接地，可以將混入電源和I/O電路的干擾信號引入大地，消除或減少干擾對系統(tǒng)的影響，這是安全保護(hù)和抑制噪聲的重要手段，對提高系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性尤為重要。為了盡量減少電磁噪聲產(chǎn)生的干擾，在電源回路和控制回路分別設(shè)置接地極。所有接地線不可形成接地回路，屏蔽層、數(shù)字信號地可以接于控制回路接地極，為防止形成回路，屏蔽層應(yīng)單端接地。控制器的接地線與電源線、動力線要分開，嚴(yán)禁與其他設(shè)備串聯(lián)接地。