軋鋼生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)的抗干擾問題研究

薛璽亮

摘 要：伴隨工業(yè)企業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)不斷改進(jìn)，這在很大程度上推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的全新發(fā)展，并朝向更加自動(dòng)化、智能化方向邁進(jìn)。作為我國重要經(jīng)濟(jì)支柱的鋼鐵行業(yè)，其發(fā)展更是迅猛突出，軋鋼生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)是基于全面有效控制工業(yè)生產(chǎn)而研發(fā)的高效系統(tǒng)。本文通過對軋鋼生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)的抗干擾問題的深入解析，并提出了相應(yīng)的問題解決辦法，以期更好的推進(jìn)PLC控制系統(tǒng)的系統(tǒng)改進(jìn)與完善，從而更好的為軋鋼作業(yè)服務(wù)。

關(guān)鍵詞：軋鋼生產(chǎn)線；PLC控制系統(tǒng)；抗干擾問題；研究

1 PLC控制系統(tǒng)干擾的來源

1.1 電源的干擾

軋鋼生產(chǎn)中設(shè)備用電負(fù)荷電流大，沖擊大，負(fù)載不連續(xù)，造成供電網(wǎng)絡(luò)電壓電流的波動(dòng)較大，從而干擾到PLC設(shè)備電源模塊的正常運(yùn)行影響控制系統(tǒng)。電源干擾主要包括了開關(guān)、接觸器和變頻器的頻繁操作產(chǎn)生浪涌電壓，大電機(jī)啟動(dòng)停止、調(diào)速以及負(fù)載沖擊對供電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的瞬時(shí)沖擊，另外還有來自電網(wǎng)的諧波分量等。

1.2 空間的電磁輻射干擾

軋鋼的供電系統(tǒng)電壓等級通常為高壓10kv低壓400v，粗軋電機(jī)和精軋電機(jī)功率較大，采用大傳動(dòng)交-交SIMADYN D變頻調(diào)速控制裝置和西門子6RA70直流調(diào)速裝置控制電機(jī)，其功率單元采用大容量的晶閘管整流單元控制輸出功率，其他輥道和輔助設(shè)備多為變頻控制電機(jī)，這些功率單元設(shè)備在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生非常強(qiáng)的電磁輻射，這些電磁輻射不單單干擾了PLC的內(nèi)部電路同時(shí)也對整個(gè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)造成影響。

1.3 來自信號線的干擾

進(jìn)人PLC系統(tǒng)的各類通信線、控制電纜受到大功率設(shè)備動(dòng)力電纜的干擾，也包含了來自各個(gè)系統(tǒng)的干擾信號，這些干擾信號的攜帶會(huì)直接造成PLC輸人輸出單元信號工作異常，測量單元的測量精度下降，甚至可能造成某些元器件的損壞。在隔離單元功能缺失的系統(tǒng)中，來自多個(gè)系統(tǒng)的干擾會(huì)不斷疊加，造成共地設(shè)備總線上的干擾加強(qiáng)，會(huì)直接導(dǎo)致某些PLC采樣值變化、邏輯錯(cuò)誤、發(fā)生死機(jī)或者誤動(dòng)，這種來自不同系統(tǒng)之間信號的干擾在PLC系統(tǒng)干擾中比較常見并且發(fā)生故障的幾率高。

1.4 接地系統(tǒng)的干擾

PLC系統(tǒng)的接地包含了系統(tǒng)接地、屏蔽接地、交流接地和保護(hù)接地，各個(gè)接地點(diǎn)的電位分布不均就容易造成電位差，從而產(chǎn)生環(huán)流，造成對PLC系統(tǒng)的嚴(yán)重影響。特別是一些檢修工作中電焊機(jī)的使用，其接地更加不規(guī)范，會(huì)產(chǎn)生較大的接地電流，大的接地電流會(huì)直接導(dǎo)致信號嚴(yán)重失真，裝置誤動(dòng)甚至損壞。

2 抑制干擾的措施

為了杜絕干擾對PLC控制系統(tǒng)的干擾，必須在PLC系統(tǒng)的構(gòu)建中配套相關(guān)抑制干擾的設(shè)施，設(shè)施的安裝應(yīng)該本著抑制干擾源、隔離傳播途徑、提高單個(gè)設(shè)備的抗干擾能力三方面開展。

2.1 現(xiàn)場所有線纜的敷設(shè)必須嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

電氣施工規(guī)范規(guī)定現(xiàn)場線纜敷設(shè)中，線纜必須根據(jù)傳輸內(nèi)容進(jìn)行選型，強(qiáng)電弱電信號線必須分層、分開排布，保持一定間隔。弱電信號線必須采用帶有屏蔽的導(dǎo)線，并且相互之間的間隔要滿足要求，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮位置關(guān)系，避免與動(dòng)力電纜相互交叉和長距離導(dǎo)線的使用。

2.2 選用帶隔離功能的電源

為了杜絕來自外部供電網(wǎng)絡(luò)的干擾信號，PLC電源的選擇必須采用帶有強(qiáng)弱電隔離模塊的專用電源或在PLC輸入電壓前加裝隔離變壓器，對于實(shí)現(xiàn)重要功能的PLC裝置其電源應(yīng)該選用UPS供電UPS電源從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上就具備非常強(qiáng)的干擾隔離能力，同時(shí)其還具備連續(xù)不間斷供電的能力，因此是PLC控制系統(tǒng)電源的首選。

2.3 提高硬件濾波和軟件抗干擾能力

為避免接入PLC裝置的信號線帶有干擾信號，需要在裝置信號回路中設(shè)計(jì)硬件濾波回路，在信號線與地之間加裝電容可以抑制共模干擾，在兩級信號線之間加裝有源濾波器可以抑制差模干擾。這些硬件抗干擾措施的采用將在很大程度上降低干擾信號的強(qiáng)度，但是并不能徹底的消除干擾，這就需要在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)候增加一些抗干擾功能的程序，作為硬件濾波的補(bǔ)充，其中工頻采樣和數(shù)字濾波可以使用定時(shí)器濾波時(shí)間來消除干擾信號中的周期分量；動(dòng)態(tài)零點(diǎn)通過定時(shí)對參考點(diǎn)電位進(jìn)行校對或清零來實(shí)現(xiàn)限制電位漂移；信息冗余通過設(shè)置軟件跳轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和標(biāo)志位來阻隔干擾，這些軟件抗干擾措施的應(yīng)用對硬件抗干擾形成了有效的補(bǔ)充。

2.4 采用規(guī)范的接地系統(tǒng)

接地系統(tǒng)對于PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要的影響，良好的接地系統(tǒng)能夠在很大程度上確保電壓的正常，從而不會(huì)出現(xiàn)由于接地不良而導(dǎo)致的電壓浮動(dòng)，從而造成干擾。系統(tǒng)接地屬于隱蔽工程，接地系統(tǒng)的可靠性需要從設(shè)計(jì)階段開始就嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，對于PLC控制系統(tǒng)的接地而言，應(yīng)該選用直接接地的方式。PLC裝置受到所有線纜對地分布電容和濾波的影響，其交換頻率均低于1MHz，所以，其整體應(yīng)該選擇一點(diǎn)接地的方式。所有分布在不同位置的PLC裝置應(yīng)該將接地線匯集到中心接地點(diǎn)之后通過單獨(dú)的接地線與接地極連接。考慮到一些裝置間隔比較遠(yuǎn)，應(yīng)該在其距離較近的裝置附近設(shè)置串聯(lián)接地銅排，銅排將附近裝置的接地線匯集后再單獨(dú)引向中心接地點(diǎn)。

PLC控制系統(tǒng)應(yīng)選擇單獨(dú)的接地極，決不能于強(qiáng)電系統(tǒng)共享一個(gè)接地極，并保持接地極距離建筑物10m～15m同時(shí)接地電阻應(yīng)該小于2歐姆。信號源的接地應(yīng)該在PLC裝置側(cè)進(jìn)行屏蔽接地，如果遇到信號線有接頭或者多條信號線匯集時(shí)，應(yīng)該將屏蔽線按規(guī)定連接后進(jìn)行絕緣處理，決不允許出現(xiàn)多點(diǎn)接地的現(xiàn)象，只能將所有信號線的屏蔽層匯集到適當(dāng)?shù)慕拥攸c(diǎn)后進(jìn)行單點(diǎn)接地處理。

3 結(jié)束語

PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定有效運(yùn)行是確保工業(yè)生產(chǎn)得到有效控制的重要保障，為更好的實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定有序開展，提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)鍵，工業(yè)企業(yè)應(yīng)對PLC控制系統(tǒng)給予高度重視，并在現(xiàn)有基礎(chǔ)上加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)與升級，以更好的滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，相信，隨著科技的不斷進(jìn)步，PLC系統(tǒng)的抗干擾能力也將得到不斷增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，為工業(yè)生產(chǎn)的智能化發(fā)展提供更加優(yōu)質(zhì)的系統(tǒng)支持。

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