萊鋼120萬噸球團感應電壓消除方法的研究

山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動化部 王囡囡

萊鋼120萬噸球團感應電壓消除方法的研究

山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動化部 王囡囡

本文詳細介紹了在120萬噸球團熱試車過程中出現高于24V(模板工作電壓24V)的感應電壓后，通過分析噪聲、共模干擾、接地、作用于I/O信號上的干擾等原因，采取排除法，找到感應電壓產生原因，并采取重新接地和隔離等措施消除感應電壓的過程。

熔斷端子；噪聲；共模干擾；接地

1.引言

萊鋼120萬噸球團項目始建于2009年8月，竣工于2010年8月，至今已投入使用1年多，運行情況良好。其工藝控制過程為將鐵精粉與膨潤土按比例混合后，經烘干、潤磨、混合后經造球盤造成生球，再經鏈篦機干燥預熱后進回轉窯焙燒成成品球，運至環冷機上緩冷后運至成品倉庫存或直接運往高爐生成鐵水供下一工序使用。

主控樓建筑布局為一層為低壓配電室(低壓配電柜及變頻器均安裝于此)，二層為PLC控制室，三層為辦公室，四層為造球室，五層為造球盤上料皮帶及裝置。

2.感應電壓的出現

在球團熱試車過程中發現PLC的熔斷端子不斷燒壞。本項目中所有數字量輸入均是現場來線先通過熔斷端子，再接入數字量輸入模板的。這樣如果來自現場的接線有接錯或其它故障導致有大電流流過導線時，熔斷端子能先一步切斷電流，保護PLC控制模板。通過測量發現有端子損壞的回路其對地電壓有的高達60V，遠高于柜內所有設備包括模板、繼電器、配電器的24V供電電源。這么高的感應電壓，如果不是在設計過程中添加了熔斷端子，那么PLC控制模板可能早已燒壞，因此必須盡快消除感應電壓。

3.出現感應電壓原因分析

要想解決感應電壓的問題，就應先找到感應電壓出現的原因。在熱試車過程中，所有設備都開始上電準備單機運轉，因此感應電壓的出現可能與以下設備有關：變壓器、變頻器、造球盤、鏈篦機、現場操作箱等；感應電壓的出現還可能與電纜敷設、接地、電源供電等有關；感應電壓的出現還可能與噪聲、共模干擾、接地不良、作用于I/O信號的外部干擾等有關。下面進行逐項分析：

3.1 噪聲作用

有用信號以外的所有電子信號總稱為噪聲，當噪聲電壓大到足夠大時，就足以在接收中造成干擾。一個噪聲問題包括噪聲源、噪聲的傳播途徑和感受體三個要素。通俗的來講，噪聲源即現場使用的大電流設備，如造球盤、鏈篦機等，傳播途徑為連接到大電流設備上的導線和通過導線輻射出來的電磁場，感受體即為大電流設備附近的弱信號回路和電氣控制回路。從以上三要素可以看出，噪聲源是工程中客觀存在的，一旦確定是很難改變的，那我們就要從噪聲的傳播和增強感受體抗干擾能力方面來入手。即在噪聲的傳播路徑上予以衰減，要求在布線、接地、屏蔽、控制室設計、信號的處理和隔離、供電電源等多方面采取措施。

在增強感受體抗干擾能力方面，要從噪聲的傳播途徑分類上來控制。噪聲的傳播途徑分為幾大類：導線直接傳導藕合、電容性藕合、電感性藕合。感應電壓主要來源于電容性藕合。電容性藕合正比于下列因素：噪聲電壓、噪聲頻率、兩導體間的分布電容、受感應體的對地阻抗，抑制電容性藕合的最基本方法是減少與噪聲導體間的分布電容。而減少兩導體間的分布電容的最簡單的方法是加大與噪聲之間的距離，而距離是設計施工已確定的，也很難再更改。因此抑制噪聲的最有效措施就是在噪聲的傳播路徑上予以衰減。

3.2 共模干擾

共模干擾是信號對地的電位差，主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的同方向電壓迭加所形成。共模干擾與干擾環境、被測信號源和測量距離有關。抑制共模干擾可以采取如下措施：

在信號源和控制系統之間施行單點接地；將信號源和控制之間實行隔離，同時隔離前和隔離后分別采用兩組互相獨立的電源，切斷兩部分的地線聯系。

3.3 接地

檢查接地是否良好，主要指的工作接地，工作接地包括信號回路接地和屏蔽接地。本系統中按照以下規范進行排查：

3.3.1 非隔離信號需要建立一個統一的信號參考點，并應進行信號回路接地(即直流電源負極)。

3.3.2 隔離信號可以不接地。

3.3.3 儀表工作接地原則是單點接地，信號回路中應避免產生接地回路，如果不可避免地一條線路上兩端接地，采用隔離器將兩接地點隔離開。電磁流量計等要求在現場側接地。

3.3.4 工作接地在接地匯總板之前不和保護接地混接。

因此，旅游經營實體應把握住當前旅游發展的契機，發揮自身所長，以少數民族獨特風情吸引游客前來消費；在提高收入的同時，發展和創新自己的旅游產品，提高自身競爭力；提高自身素質，結合當代國內外先進經驗，積極配合政府開展的各類培訓工作，不要局限于現有的效益，要有長遠的發展眼光；可與同行合作適當擴大規模，形成完整的營銷體系，在遇到經營問題時可以共同承擔、降低投資風險［3］。

3.3.5 檢查電纜是否有多處接地，接地點有一個以上時，會產生噪聲電流，形成噪聲干擾源。

3.3.6 檢查操作臺、PLC控制柜、現場操作箱等接地是否良好。

3.4 作用于I/O信號的外部干擾

本系統中和PLC控制系統相連接的信號線包括兩大類：數字量信號和模擬量信號，外部干擾信號足以產生感應電壓的有以下幾種：

3.4.1 信號線受空間工頻磁場感應的傳導騷擾，包括導體中的電流，變壓器等電力設備的漏磁通引起的干擾。

3.4.2 通過公用電源串入的電網干擾。

圖1 模擬量輸入模板接線圖

圖2 接地連接示意圖

如變頻器的輸出電壓含有的高次諧波，通過反饋污染了電網，通過線路的傳播以及電磁輻射也構成了對控制信號的干擾。為消除高次諧波對控制信號干擾，可通過以下三種方法：

a.采用無高次諧波產生的變頻器。在本項目中使用變頻器的設備太多，如6個圓盤造球機、所有的拉式皮帶、給料機等，更換變頻器很難實現。

b.在高次諧波的傳播途徑上給予衰減。如控制信號采用屏蔽電纜、變頻器電源和控制系統供電電源獨立等。

4.設計階段已采取措施

本項目在設計階段，是完全依照電氣、儀表、PLC的設計規范來設計的，我們已經采取的措施包括：

4.1 電纜及電纜溝設計

本系統中信號電纜均采用屏蔽電纜。電纜溝依照《實用電氣安裝技術大全》進行設計施工的，采用雙側支架電纜溝，每側三層支架，每層支架間距20cm。控制電纜放置在支架第一層，高于380V的電力電纜放置在末層。

4.2 信號隔離

所有的現場一次檢測原件包括流量計、差壓變送器、熱電偶、熱電阻等均采用隔離器進行隔離，模擬量輸入接線如圖1所示。但來自變頻器的模擬量信號沒有隔離。接到現場的數字量輸出均是先接至繼電器，然后以干觸點的方式接到配電柜或現場操作箱的控制回路中，采用排除法，最易出現問題的地方是數字量輸入部分和來自變頻器的接線。

4.3 采用UPS電源

本項目中已采用雙機冗余的UPS電源，將PLC供電電源同其他電源完全隔離開。

5.解決辦法

5.1 檢查電纜接線

重新全面檢查電纜接線，看數字量輸入模板接線是否將現場操作箱、手操器的220V電源錯誤串入24V回路中。檢查結果為沒有接錯線。

5.2 重新檢查電纜敷設

重新檢查電纜的敷設情況，包括電纜溝內和橋架內電纜，是否按正確分層敷設電纜、是否在接近設備處沒有分層。在接近設備處沒有分層的采用架設小橋架的方式實現分層。(增加電源回路與弱電回路的距離)

5.3 模擬量信號均實現隔離

為消除可能的高次諧波干擾，對來自變頻器的模板量信號也先接入隔離器后再接入模板，實現模擬量信號全部隔離，杜絕電氣連接。

5.4 接地

檢查電纜接地情況，檢查屏蔽層是否接地，是否按要求接地，并將接地線重新堅固。控制柜內增加一條工作接地排，以與保護接地排區別開，柜內工作接地在工作接地排匯合后，再與保護接地排一起接地。接地圖如圖2所示。

6.實施效果

通過實施上述幾種方法后，再次檢測感應電壓，已降至2V左右，已完全不影響生產的正常運行。該項目投入使用至今，運行穩定可靠，說明消除感應電壓的方法行之有效。

[1]諸邦田.電子電路實用抗干擾技術[M].北京:人民郵電出版社,1994.

[2]儀表系統接地設計規定(HG/T 20513-2000)(S).

[3]朱才來.變頻器對控制系統的干擾及對策[J].石油化工自動化,2002:82-83.

王囡囡（1979—），女，山東莒南人，學士，工程師，現供職于山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動化部，研究方向：交直流傳動與自動控制系統設計。