PLC控制系統抗干擾措施研究

摘 要:通過對某水電站機組油壓泵控制柜的設計，分析了影響PLC運行的主要干擾源，并提出抗干擾設計的實施策略。

關鍵詞:PLC;控制系統;干擾源

中圖分類號:TP

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)09-0279-02

1 概述

隨著水電站自動化水平的提高，PLC控制系統越來越多地應用于水電站的自動化設備中。但設備運行的環境條件惡劣，濕度高，以及各種電磁、輻射的干擾，PLC控制系統也存在著各種干擾，直接影響到水電站的安全生產和經濟運行。PLC的抗干擾能力是整個系統穩定運行的關鍵，因此，分析和研究PLC控制系統的抗干擾措施顯得尤為重要。通過對廣東稔坑水電站機組油壓泵控制柜的設計，分析了影響PLC控制系統運行的主要干擾源，并提出了抗干擾設計的實施方案。

2 機組油壓泵控制柜的主要配置

機組油壓泵控制柜的主要任務是完成2臺油壓泵的啟/停控制及補氣控制。因廠房面積的限制，把啟動設備與控制回路放在同一柜中。柜內主要配置了PLC、負荷開關、電機軟起動器及相應的接觸器、熱繼電器，還有開出控制繼電器、電源裝置及有關輔助器件。面板上設有指示各種故障的顯示器、設備運行狀態監視燈、電源指示燈、油泵操作切換開關、自動補氣裝置電磁閥切換開關、油泵手動啟停按鈕及故障信號總清按鈕。

根據現場的運行條件，柜內還設置了用于溫濕度調節的通風、加熱器及柜內照明裝置，以適應水電站的環境要求。

3 PLC的主要干擾源

PLC作為機組油壓泵控制系統中的核心，其所處的環境干擾源主要有:

(1)PLC系統內部的干擾:來源于系統內部各元器件及電路間的相互電磁輻射。

(2)空間的輻射干擾:主要空間的輻射形成電磁場在系統中產生的靜電感應或電磁感應。(3)系統外引線的干擾:通過電源線或信號線而將外部干擾引入系統。

(4)接地系統混亂引起的干擾。

4 PLC的抗干擾措施

要提高PLC控制系統運行的可靠性，必須在設計和施工中采取有效的抑制措施，抗干擾的主要措施如下:

4.1 柜內元件布置及抗干擾措施

在PLC的選擇上，采用了性能良好的Schneider Twido TWDLCAA40DRF產品，該產品具有較好的電磁兼容性，及較高的抗干擾能力，對外部干擾也有一定的濾波、隔離功能。控制柜內的布置上，將容易受干擾的PLC及開關電源置于柜內頂部，柜的中部依次布置負荷開關、接觸器、軟起動器及熱繼電器，在柜的低部布置開出繼電器、加熱器及其它附件。PLC輸出模塊內的小型繼電器的觸點很小，斷弧能力很差，不能直接用于啟動l#、2#油泵的控制回路，因此，采用中間繼電器進行隔離放大，還能有效避免開出端的干擾對PLC造成沖擊，甚至損壞。采用電動機軟啟動器代替常規降壓或全壓啟動，避免大電機啟動對電網的沖擊，引起供電電源波動而產生干擾。

將柜體放置在電廠廠房內，遠離高壓電源線、遠離電動機及加熱器等電磁輻射干擾源，以減少電磁干擾，提高抗干擾性能;柜體采用屏蔽性能良好的結構，以保證外部電磁干擾不在柜內部產生感應電壓和感應電流。

4.2 電源的抗干擾措施

在PLC控制系統中，電源占有極其重要的地位。PLC系統的正常供電電源均由電網供電，因電網的干擾，電壓、頻率的波動，直接影響到PLC系統的可靠性與穩定性，因此在PLC的電源處理上，采用控制電源與供電電源完全隔離方式，即增加一個隔離變壓器。此外，為保證供電不中斷，采用兩路供電電源輸入，這樣無論任何一路電源出現故障時，通過內部的無擾自動切換，確保供電電源穩定可靠。

柜內PLC的I/O電源，采用經開關電源變換的DC24V電源，以減少來自交流電源的干擾。柜內控制按鈕也全部使用DC24V電源，既有效地抑制了電源干擾，又保護了人員操作、維護的安全。

電源在安裝時，還應注意隔離變壓器與PLC和I/O電源，可采用雙絞線連接，以防止電源進線竄入外來信號的干擾。

4.3 輸入輸出及布線

為了抑制來自系統外引線的干擾，一方面選用抗干擾性能良好的輸入輸出模塊，另一方面要合理地進行布線。主要抗干擾措施如下:

(1)選用TWDLCAA40DRF的I/O電路具有濾波、隔離功能，能有效抑制外部干擾。

(2)PLC的I/O線、動力線及其它控制線分開，并由不同電纜傳輸，按種類分層鋪設。

(3)柜內交流線與直流線、輸入線與輸出線也要按種類分開走線。

(4)柜外走線要將弱電電纜、動力電纜、控制電纜單獨走線，并保持一定的間距。

(5)開關量與模擬量的I/O線也分開，對于傳送模擬量信號的I/O線應采用屏蔽線，且屏蔽線的屏蔽層一端接地。

4.4 正確的接地

良好的接地是PLC安全可靠運行的重要條件。在接地時應注意以下問題:

(1)控制柜要用絕緣板與地面隔開，工作接地要與保護接地嚴格分離。

(2)PLC要采用單獨接地方式，遠離動力設備的接地點，接地線的截面積要采用2mm2以上，接地點盡量靠近PLC，距離要在50米內。

(3)PLC的CPU單元必須接地。在機組油壓泵控制系統中，PLC還擴展了模擬量單元，CPU單元應與模擬量單元具有共同的接地體，而且從任一單元的保護接地端到地的電阻都要小于5Ω。

(4)機組油壓泵控制柜采用了在信號源接地方式，屏蔽層在信號側接地，當信號源不接地時，屏蔽層應在PLC側接地。

(5)屏蔽地采用單點接地方式，并且屏蔽、保護不能與電源、信號和其他接地線扭在一起。4.5 軟件抗干擾措施由于電磁干擾的復雜性，要完全消除干擾影響是不現實的，因此，在硬件設施抗干擾的基礎上還要在軟件方面進行抗干擾的補充，以進一步提高系統的可靠性。軟件抗干擾的設計主要有兩種:一種是模擬量輸入的數字濾波設計，解決尖峰干擾。一種是模擬量輸出或開關量輸入輸出的抗干擾設計，主要思路是多次或重復查詢。

結語:隨著PLC在水電中的大規模應用，如何高效可靠的使用PLC也成為其發展的重要因素。PLC控制系統中的干擾是一個十分復雜的問題，因此在可靠性設計中應綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制干擾，才能夠使自動化設備正常穩定高效運行。PLC作為自動化控制和國際通用系統的重要組成部分，也將在水電站自動化控制領域發揮越來越大的作用。

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