淺析選煤廠PLC控制系統抗干擾及治理措施

王曉云 丁桂環 王雪艷

摘 要：隨著我國科學技術的不斷進步，越來越多的現代化機電設備應用到煤礦生產中，使生產效率得到大幅提高。PLC技術因其特有優勢被廣泛應用于煤礦選煤廠中，其具有較高的控制精度、簡單的結構以及較廣的適用面等特點，不僅能夠提高機電設備自動化水平，而且能夠改善生產條件，降低事故率，已成為選煤廠正常運行的重要組成部分。但PLC控制系統在應用過程中會受到嚴重的干擾，導致設備出現誤動作或信號傳達錯誤，影響設備的正常運轉。本文簡要介紹了選煤廠PLC控制系統的干擾源，重點分析了選煤廠PLC控制系統常用的抗干擾措施，以期能為有關方面的需要提供借鑒和參考。

關鍵詞：選煤廠；PLC控制系統；抗干擾措施

在選煤廠機電管理中，由于外部不良環境的影響，PLC控制系統受到嚴重干擾，電流脈沖、信號干擾以及硬件配置等因素直接威脅到PLC控制系統的正常工作，需要采取適當的抗干擾措施，使控制系統安全、可靠、準確地工作，從而提高生產效率，保障安全生產。

1 PLC控制系統的特點

PLC控制系統綜合了電氣液壓技術、自動控制技術、傳感器技術等多種先進的技術和方法，采用一類可編程的存儲器，能夠通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程，具有較高的可靠性和穩定性。PLC控制系統相比傳統控制系統而言，具有結構簡單、可操作性強、管控質量高等優點，能夠在實際應用中實現分散控制，集中管理，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言改變設備運行程序，有效解決了系統中的線路復雜和難以修改的問題，能夠根據不同的作業環境調整施工工藝，降低了傳統控制系統中繼電器觸點接觸不良引發的故障，并大大減少了設備的安裝調試時間，具有完善的自診斷和顯示功能。

2 選煤廠PLC控制系統的干擾源

PLC控制系統雖然具有較高的自動化程度和較廣的實用性，但自身存在一定的缺陷，在復雜環境下容易受到各種因素的干擾。特別是作業現場電流或電壓出現劇烈變化，會產生輻射、感應、脈沖等，雜亂的信號對控制系統正常工作造成嚴重影響。

2.1 干擾源的分類

1）共模干擾。這種干擾由于電位差產生于信號和地之間，一般情況下由電網串入、地電位差以及空間電磁輻射在信號線上感應的同方向電壓迭加而成。不對稱電路會使共模電壓轉換成差模電壓，對測控信號產生直接影響，甚至損壞各種元器件。

2）差模干擾。這種干擾是作用于信號兩極間的干擾電壓，主要由電磁場在信號間耦合感應和由不平衡電路轉換共模干擾所形成。差模干擾一般在信號兩端直接疊加，對控制精度和測量結果造成一定影響。

2.2 PLC的干擾源分析

1）接地不當干擾。如果屏蔽電纜的屏蔽層是兩端接地，會導致無法均勻分布各個接地點電位，地電位差存在于不同的接地點間，使接地線、屏蔽層和大地構成閉合環路，感應電流出現在電纜屏蔽層中，受芯線與屏蔽層的耦合影響使信號回路受到干擾。如果在選煤廠一點接地系統中錯誤地進行了多點接地，就會產生嚴重的干擾信號，破壞整個控制系統的穩定運行。

2）電源干擾。PLC控制系統所使用的電源一般都是由電網的工頻交流電源經降壓和整流處理而來。由于電網自身很容易受大容量電氣設備啟動和停止的影響，從而導致尖脈沖或浪涌電壓等現象對交流電源造成較大幅度的波動。

3）信號線引入干擾。在選煤廠的自動化控制系統中，需要使用大量的傳輸線來連接配電盤接觸器、電動機保護輔助觸點以及設備限位觸點等，利用傳輸線傳輸檢測信號和控制信號時，經常會被外部干擾信號侵入，煤塵、介質等會引起的觸點接觸不良，儀表電源的串入造成引號干擾，感應負載開斷過程會出現的波動干擾，上述信號干擾會嚴重影響起I/O信號的工作精度，降低系統的穩定性，損傷控制系統的元器件。

4）電磁干擾。在大部分選煤廠中，都分布著高電壓、大電流的產生和分斷裝置，在啟動這些大電流裝置或正常工作過程中，會嚴重干擾整個PLC系統。例如接觸器、繼電器等電氣設備的動作將會產生大量的電磁場，這些電磁場會通過控制線入侵到控制系統中，造成PLC裝置無法動作或誤動作。

5）諧波干擾。由于變頻器的主電路由交流—直流—交流組成，輸入電流的波形在整流回路中為不規則矩形波，按傅立葉級數將波形分解為基波和各次諧波，其中輸入供電系統受到高次諧波的嚴重干擾。與此同時，高次諧波電流還通過電纜向空間輻射，對附近設備造成干擾，而變頻器雖然會產生諧波干擾，但也受諧波干擾的影響。所以，變頻器在使用過程中不僅需要考慮抑制干擾，而且需要抗干擾的措施。

3 選煤廠PLC控制系統常用的抗干擾措施

1）預防電源干擾。一是變壓器選用帶屏蔽層的，能夠對尖脈沖和浪涌電壓的通過產生阻止作用，確保屏蔽層具有抑制靜電感應和高頻干擾效果，至少將兩層以上屏蔽保護設置在隔離變壓器的原、副邊之間；二是針對部分系統要求較高，可以將低通濾波器安裝在隔離變壓器前，防止系統中進入高頻干擾信號；三是縮短交流電引進線，在變壓器和低通濾波器附近引進接口，避免系統受到50 Hz信號的干擾。

2）合理布置傳輸線。在選煤廠設備安裝布線時，PLC控制器需要遠離電焊機、大容量變頻裝置以及大型動力設備等干擾源，避免在開關柜中安裝同時安裝高壓電器和控制器。在布置信號線和動力線時，需要分開走線，在不同的金屬軟管內分別放置信號線和動力線。傳輸線的選用也非常重要，信號傳輸線一般采用雙絞線或屏蔽線，雙股絞合屏蔽線通常采用模擬量控制信號線。技術人員可以將隔離繼電器與外部接觸器、啟停銨鈕等設備應用于PLC輸入輸出控制回路中。針對輸出負載干擾，可以采取晶體管輸出的旁路電阻保護或直流輸出加續流二極管保護。針對煤塵、藥劑等造成的開關接觸不良，可以定期對觸點進行清理和加固，并更換為密封式觸點電氣件。

3）合理運用隔離措施。在PLC控制系統中，隔離開關量信號時一般采用光電可控硅或光電耦合器，而光電耦合器隔離措施經常應用于PLC的模擬量模塊中。使用這些隔離措施不但能夠使外界對PLC控制系統的干擾大幅降低，而且能夠使CPU模塊得到有效保護，避免高壓電的侵入危害。不過如果PLC內部的隔離措施無法滿足抗干擾效果，需要將繼電器設置在開關量信號輸入或輸出回路上，有效隔離干擾信號，保障控制系統正常運行。

4）抑制接地干擾。在洗煤廠機電設備管理中，一般采用并聯一點接地和串聯一點接地方式連接控制系統，并聯一點接地方式能夠減少電流通過導線時所產生的壓降影響，而并聯一點接地方式適合應用于集中布置的PLC系統中，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極，如果裝置具有較大間距，需要使用串聯一點接地方式。在設置地線時，縮短電路接地線，在條件允許的情況下加粗導線截面，根據電流大小按比例加大支線、干線和總線的截面。信號源接地時，屏蔽層應在信號側接地，信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接并進行絕緣處理，避免多點接地。

4 結束語

綜上所述，抗干擾是一個十分復雜的問題，雖然PLC控制系統自身已具備較好的抗干擾能力，但是選煤廠的很多設備處于強力電磁環境中，在使用和維護過程中會產生各種干擾因素，使PLC控制系統的抗干擾能力降低。這就需要生產單位采取有效措施增強系統的抗干擾能力，使PLC系統能夠安全、可靠、準確地工作，從而達到提高生產效率的目的

參考文獻

[1]張興華.PLC技術在機電控制系統中的應用研究[J].黑龍江科技信息，2015（11）.