消除P L C系統干擾方法淺析

張媛媛

PLC系統在現代鋼鐵行業中的廣泛應用，大大提高了控制系統的精準化水平，但同時PLC系統易受干擾的問題也愈發明顯。如處理不當，輕則導致整個控制系統運行不暢，重則會帶來直接的經濟損失。例如：某鋼鐵廠寬厚板廠試運行期間，多臺行車PLC系統通訊模塊燒毀，事后分析原因，一是由于大量使用變頻器，加之該廠與電爐車間共用上一級的110KV變電站，電網中存在諧波分量，對PLC系統產生了干擾；二是行車系統PLC硬件存在一定缺陷；三是電纜線路的屏蔽和接地系統部分存在一定的問題。此案例具有較強的代表性。鋼鐵行業中變頻器大量應用，電網情況復雜，強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環境，是PLC系統受到干擾的主要原因。要消除PLC系統的干擾問題，須從以下三個方面入手。

一、解決變頻器及電網帶來的干擾

能夠對PLC系統產生干擾的干擾源是多種多樣的，在鋼鐵行業中最應該注意的是變頻器和電網的干擾問題。

（一）解決好變頻器對PLC系統的干擾問題

鋼鐵行業大量使用變頻器是不可避免，無論是高爐、燒結等系統單一工序上的變頻器的應用，還是連鑄、軋鋼等全工序多傳動變頻器的應用，變頻器的使用大大了降低能源的消耗。但變頻器極易對PLC系統產生干擾。原因是：

1.變頻器普遍使用了晶閘管或整流二極管等非線性整流器件，其產生的諧波對電網產生傳導干擾，引起電網電壓畸變（電壓畸變率約10%-40%），影響電網的供電質量；

2.變頻器的輸出部分一般采用的是IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）等開關元件，在輸出能量的同時將產生較強的電磁輻射干擾，影響周邊類似于PLC系統的弱電系統的正常工作。

解決方法：

1.增加電抗器或濾波器。給變頻器輸入端加裝EMI濾波器，可以有效抑制變頻器對電網的傳導干擾。加裝輸入交流和直流電抗器，可以提高功率因數，減小諧波污染，綜合效果好。在某些電機與變頻器之間距離超過100 m 的場合，需要在變頻器側添加交流輸出電抗器，解決因為輸出導線對地分布參數造成的漏電流保護和減少對外部的輻射干擾。

2.在變頻器組成的控制系統設計過程中，盡量不要采用模擬控制，特別是控制距離大于1m，跨控制柜安裝的情況下。因為變頻器一般都有多段速設定、開關頻率量輸入輸出，可以滿足要求。如果必須使用模擬量控制，一定要采用屏蔽電纜，并在傳感器側或者變頻器側實現遠端一點接地。如果干擾仍舊嚴重，需要實現DC/DC隔離措施。可以采用標準的DC/DC模塊，或者采用對v/f轉換光隔離,再采用頻率設定輸入的方法。

3.將整個變頻器屏蔽，并做好屏蔽層接地，防止其對外界的干擾。

（二）充分考慮電網影響

鋼鐵行業中，很多工序可能共用一座大型變電站，電網中存在大量諧波源,如各種整流設備、交直流互換設備、電子電壓調整設備、非線性負載及照明設備等。這些負荷都使電網中的電壓及電流產生波形畸變,從而對電網中其他設備產生危害干擾，特別是對PLC系統。

解決方法：在軋鋼系統中使用SVC系統或FC系統。采用SVC系統可以直接有效地解決電網中的所有諧波分量干擾問題，但缺點是投資較大。很多情況下，考慮到現在具有較好諧波特性的交-直-交系統變頻器普遍使用，為降低投入也可以使用FC系統對電網中的諧波分量做有針對性的消除和降低，但在區域變電所內使用FC系統時，應注意預先對整個系統進行諧波分量評估，充分考慮同網絡系統中其他變電所對其的諧波干擾。

二、充分防范，提高PLC系統自身的抗干擾能力

（一）交流電源輸入端配置經隔離變壓器屏蔽及接地的工控系統電源，將絕大部分的傳導干擾阻隔在隔離變壓器之前。或將交流輸入改為直流輸入。

（二）給微機控制板輸入電源加裝EMI濾波器、共模電感、高頻磁環等，對某些干擾特別嚴重的情況，可以對微機控制板添加金屬網狀屏蔽罩進行屏蔽處理。

（三）PLC輸入端（特別是信號來自變頻器系統的情況下），應采用帶并聯RC消弧電路的輸入繼電器，并將電壓信號模式轉化為直流4mA-20mA電流信號模式。

（四）對RS485通訊端口（特別是與變頻器通訊的RS485端口），建議加裝數據流向自動切換、數據完全透明傳輸、無延時的隔離器。

（五）采用軟件濾波。波口有限幅濾波法,中位值濾波法,算術平均濾波法,中位值平均濾波法(又稱防脈沖干擾平均濾波法)和(限幅)消抖濾波法等，對某些易受干擾的控制信號,在PLC程序中做適當的延時處理。

做好以上幾點，即使整個系統仍有干擾存在，PLC系統的完好性也能得到最大限度的保證。

三、切斷或削弱電磁干擾的傳播途徑

PLC系統干擾，還應該特別注意消除切斷或削弱電磁干擾的傳播途徑，做好整個系統的接地，正確選擇電纜的結構形式和敷設方式。

（一）正確設計接地點和接地裝置, 完善接地系統。主要建議：電機等強電控制系統的接地線必須通過接地匯流排可靠接地；微機控制板的屏蔽地，應單獨接地；對于某些干擾嚴重的場合，建議將傳感器、I/0接口屏蔽層與控制板的控制地相連等。

（二）重視電纜的選型工作。主要建議：為減少動力電纜，尤其是變頻裝置饋電纜的輻射電磁干擾，在工程中可采用新型的單屏+總屏的變頻專用電纜，實踐證明抗干擾效果較為滿意；信號系統特別是與PLC系統相連接的模擬量信號系統的電纜連接線應采用雙屏蔽雙絞+總屏的控制電纜；PLC系統與變頻器采用通訊連接時，采用專用通訊電纜或光纖連接以提高可靠性減少干擾等。

（三）處理好電纜的敷設問題。主要建議：為減少電磁干擾，不同類型的信號應分別由不同電纜傳輸，嚴禁用同一電纜的不同導線同時傳送動力電源和信號；各類電纜在電纜溝或電纜隧道中敷設，應按電壓等級及傳輸信號種類分層鋪設，信號線不宜與動力電纜靠近平行鋪設；電纜穿管均應采用鋼管，并將鋼管外殼與大地可靠連接。

以上僅是基于實踐基礎，總結得出的消除鋼鐵行業PLC系統干擾的簡單方法。只有全面考慮，綜合處置，才能處理好 PLC系統的抗干擾問題，使其健康、穩定運行，最大限度的發揮作用