| 可編程控制系統(tǒng)(PLC)由于設(shè)計(jì)和安裝現(xiàn)場環(huán)境等因素影響，會(huì)受到干擾而發(fā)生故障，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備失控和誤動(dòng)作。要提高PLC的可靠性，除要求控制器制造廠提高設(shè)備性能外，更需要工程設(shè)計(jì)、安裝施工和使用維護(hù)中重視并解決好干擾問題。臺(tái)山發(fā)電有限公司在PLC應(yīng)用中采取了一些抗干擾技術(shù)措施，經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)和改進(jìn)，取得了較好的效果。 一、PLC的干擾及其來源 1.1 干擾源及分類 影響PLC工作的干擾源(噪聲源)大都產(chǎn)生在電流或者電壓劇變場所。干擾類型通常按干擾產(chǎn)生的原因、干擾模式和波形性質(zhì)的不同來劃分:按干擾產(chǎn)生的原因不同分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等;按干擾的波形、性質(zhì)不同分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等;按干擾模式不同分為共模干擾和差模干擾。一般控制系統(tǒng)常用共模干擾和差模干擾進(jìn)行分類。共模干擾是信號(hào)對(duì)地的電位差，主要由地電位差及空間的電磁輻射在信號(hào)線上的電壓迭加而形成，這種共模干擾可分為直流、交流兩種。共模電壓通過不對(duì)稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響反饋信號(hào)，造成元器件損壞(如I/0模板損壞等)。差模干擾是指作用于信號(hào)兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號(hào)間耦合感應(yīng)，也可以由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓，這種干擾疊加在信號(hào)上，直接影響測量與控制的精度。 1.2 干擾的來源及途徑 (1)輻射干擾 輻射干擾分布較復(fù)雜，常見的有控制和動(dòng)力電纜混合敷設(shè)、電纜布置不規(guī)范等，其傳播途徑主要有:一是直接對(duì)PLC內(nèi)部的輻射，由電路產(chǎn)生干擾;二是對(duì)通訊網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通訊線路的感應(yīng)引起干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備的布置和環(huán)境有關(guān)，尤其對(duì)頻率反應(yīng)較敏感，一般通過屏蔽進(jìn)行消除。 (2)傳導(dǎo)干擾 傳導(dǎo)干擾主要通過電源和信號(hào)的接線引起，這種干擾在我國生產(chǎn)應(yīng)用中較為普遍。 (3)電源干擾 PLC供電取自電網(wǎng)，由于覆蓋范圍廣，電網(wǎng)極易受到空間電磁干擾而在電路上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。盡管PLC通常采用隔離電源，但是由于大量分布電容的存在，完全消除是不可能的，因此PLC仍會(huì)受到一定的電源干擾。 (4)信號(hào)線干擾與PLC相連的硬接線，除了傳輸有效的各類信息外，也會(huì)成為干擾信號(hào)侵入的捷徑。此類干擾主要有兩種途徑:一是通過變送器供電電源或共用儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這種干擾往往會(huì)被忽視;二是信號(hào)輸入線的外部感應(yīng)干擾，不但會(huì)引起I/O模塊工作異常和測量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起元器件損壞，如I/O模板燒壞等。對(duì)于隔離性能較差的系統(tǒng)，還會(huì)導(dǎo)致信號(hào)相互干擾，造成邏輯數(shù)據(jù)變化，誤動(dòng)和死機(jī)，這是最常見的系統(tǒng)干擾故障現(xiàn)象。 (5)來自接地系統(tǒng)的干擾 如果兩個(gè)裝置(如變頻器布置在PLC旁邊)沒有電磁兼容性，則噪聲發(fā)射源的噪聲發(fā)射應(yīng)減小或噪聲接收器的抗干擾度應(yīng)增大。噪聲源通常是大功率電子裝置，除去加裝綜合濾波器等技術(shù)手段外，利用良好的接地是解決干擾最省錢最普遍的辦法。正確和良好的接地既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備本身向外發(fā)射干擾;而錯(cuò)誤的接地，則會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使控制系統(tǒng)無法正常工作。 PLC的接地包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。當(dāng)接地點(diǎn)向電位分布不均勻，電位差過大時(shí)，會(huì)引起環(huán)路電流，影響系統(tǒng)的正常工作。例如控制電纜的屏蔽層必須有 端接地，如果兩端都接地，就存在電位差，屏蔽電纜將有環(huán)路電流通過，引起控制信號(hào)的異變，導(dǎo)致控制系統(tǒng)異常工作。 二、實(shí)際抗干擾技術(shù)的應(yīng)用情況 2.1 干擾現(xiàn)象及處理措施 Quantum PLC應(yīng)用于電廠燃料堆卸場上的斗輪機(jī)系統(tǒng)，分別控制大車行走、皮帶傳動(dòng)、回轉(zhuǎn)、俯仰、斗輪傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)煤料堆、取作業(yè)。國華粵電臺(tái)山發(fā)電公司在投產(chǎn)初期，斗輪機(jī)因干擾發(fā)生過多次故障。 2.1.1 模板內(nèi)部互相干擾 尾車皮帶在運(yùn)行過程中，主接觸器不時(shí)斷開-吸合，造成電動(dòng)機(jī)斷續(xù)啟停，當(dāng)回轉(zhuǎn)俯仰等機(jī)構(gòu)同步動(dòng)作時(shí)出現(xiàn)的次數(shù)更頻繁。表面觀察該輸出模塊工作正常(輸出指示燈一直顯示綠色平光)，但是經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)，輸出時(shí)斷時(shí)續(xù)，與電動(dòng)機(jī)斷續(xù)啟停現(xiàn)象一致。進(jìn)一步檢查又發(fā)現(xiàn)該輸出點(diǎn)隔離熔絲不符合規(guī)定(偏大)，內(nèi)部元器件有受損傷跡象。由于模板內(nèi)部元器件受損，導(dǎo)致性能下降(輸出點(diǎn)時(shí)斷時(shí)續(xù))，當(dāng)同一模板的其它輸出點(diǎn)亦導(dǎo)通時(shí)，干擾該點(diǎn)輸出可控硅的導(dǎo)通質(zhì)量。對(duì)此，可更換模板、更換合格的輸出隔離熔絲，將輸出點(diǎn)接線重新合理敷設(shè)進(jìn)行消除。 2.1.2 安裝失誤造成的干擾 故障表現(xiàn)為斗輪機(jī)構(gòu)不能正常運(yùn)行，如不能啟動(dòng)或啟動(dòng)后自動(dòng)停止(無故障報(bào)警提示)。由于該故障無報(bào)警提示，系統(tǒng)模板自診斷正常，程序檢查正常，所以應(yīng)重點(diǎn)考慮PLC干擾。經(jīng)檢查為通訊網(wǎng)絡(luò)安裝失誤:一是通訊電纜兩端接地，二是主站和遠(yuǎn)程站連接違反 Modicon TSX Quantum硬件手冊的設(shè)計(jì)規(guī)定，錯(cuò)誤使用分支器。在正確安裝屏蔽層接線和糾正分支器的錯(cuò)誤接法后，斗輪機(jī)運(yùn)行有明顯改善。 2.1.3 輻射干擾 故障表現(xiàn)為:斗輪機(jī)運(yùn)行中有若干機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行，并報(bào)發(fā)大量故障信息。經(jīng)過細(xì)致檢查，可以排除外圍設(shè)備的因素。該系統(tǒng)PLC通訊用的是同軸電纜傳統(tǒng)連接。同軸電纜的優(yōu)點(diǎn)是傳輸距離長，造價(jià)低，但是它對(duì)電纜敷設(shè)有較大依賴，抗干擾(輻射)能力相對(duì)較差，而I/O輸入引線干擾現(xiàn)象又非常嚴(yán)重。通過在線觀察，基本上每一個(gè)信號(hào)反饋點(diǎn)都對(duì)系統(tǒng)造成干擾。將通訊電纜重新正確敷設(shè)，并在干擾特別嚴(yán)重的I/O點(diǎn)增加(0.5～1.5)s的延時(shí)屏蔽時(shí)間(如圖1)，運(yùn)行證明這些臨時(shí)措施非常有效。 2.2 消除干擾的改造措施 斗輪機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝目前還存在幾個(gè)隱性問題:一是PLC控制柜與變頻器柜緊臨布置，噪聲干擾較大;二是斗輪機(jī)為軌道行走設(shè)備，其接地性能難以保證。另外，外圍設(shè)備的質(zhì)量也將影響輸入型干擾的大小。 從原設(shè)計(jì)(圖2)可以看出，原設(shè)計(jì)方案存在明顯的錯(cuò)誤  考慮到斗輪機(jī)電纜敷設(shè)的復(fù)雜性，改造方案里增加了通訊轉(zhuǎn)換(光中繼器)技術(shù)。通過光纖傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)來減少輻射干擾，但是仍保持原來的接地屏蔽接法(因?yàn)橹虚g增加了中繼器，原來的雙端接地變?yōu)閱味私拥?。另外，Modbus Plus與SA85網(wǎng)卡、Modbus與觸摸屏之間都增加了單端接屏蔽線設(shè)計(jì)(圖3)。該改造方案的最大特點(diǎn)是不改變原設(shè)計(jì)的模板數(shù)量和種類，節(jié)約了改造經(jīng)費(fèi)，施工容易，調(diào)試方便，改造周期極短，對(duì)生產(chǎn)影響較小。 三、其它抗干擾技術(shù) 3.1 利用軟件方法減少干擾 由于電磁干擾的復(fù)雜性，要完全消除干擾影響是不可能的。因此，在PLC軟件設(shè)計(jì)和組態(tài)時(shí)，還應(yīng)在軟件方面進(jìn)行抗干擾處理，如:增加時(shí)間延時(shí)屏蔽功能、數(shù)字濾波和工頻整形采樣(可有效消除周期性干擾)、定位校正(零)(可以消除干擾、偏差積累)。對(duì)于要求較高的控制系統(tǒng)，還可利用三選二等比較法提高安全系數(shù);對(duì)于粗放型的控制系統(tǒng)，可采用間接跳轉(zhuǎn)、軟件陷阱、容錯(cuò)軟件等技術(shù)提高可靠性。 3.2 優(yōu)化接地性能，抑制干擾 接地的目的一方面是為了安全，另一方面是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC電磁干擾的重要措施之一。另外也可在輸入點(diǎn)與地間并接電容，抑制共模干擾的影響。 3.3 提高外圍設(shè)備質(zhì)量和安裝質(zhì)量，減少干擾 在工程設(shè)計(jì)和改造時(shí)，應(yīng)充分選用質(zhì)量高的電氣產(chǎn)品，消除因進(jìn)水進(jìn)塵等引起的接地、短路故障，減少共模干擾的影響。另外，還應(yīng)重視工程的安裝質(zhì)量，避免動(dòng)力電纜和控制(通訊)電纜混合敷設(shè)等錯(cuò)誤，減少人為因素造成的干擾源。 3.4 運(yùn)用隔離供電，隔離干擾 PLC宜采用獨(dú)立的隔離控制電源，不宜與檢修、動(dòng)力電源共用，這樣既可以保證電源的純凈度，亦可以避免電源耦合的干擾。最佳方案是使用在線式不間斷UPS電源供電。UPS具有較強(qiáng)的干擾隔離性能，將會(huì)提高PLC的安全和抗干擾性能。 四、結(jié)語 PLC抗干擾，是一個(gè)十分復(fù)雜的技術(shù)問題，以上所講的幾種技術(shù)措施，經(jīng)過若干試驗(yàn)和實(shí)踐證明基本可以消除現(xiàn)場的干擾，不過在實(shí)際運(yùn)用中還應(yīng)綜合考慮各方面的因素，具體分析，合理制定抗干擾技術(shù)措施，才能解決實(shí)際問題。 |
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