無人值守熱力站PLC控制系統抗干擾研究

樊耀強

太原市熱力集團有限責任公司 山西 太原 030001

PLC控制系統的可靠性直接影響到無人值守熱力站的安全生產和經濟運行，而系統的抗干擾能力是關系到整個供熱系統可靠運行的關鍵。通過對PLC控制系統的干擾源進行研究，得出PLC控制系統中的干擾源主要有空間輻射的干擾、系統外接線的干擾，并針對這些干擾在控制系統中的影響，提出了相應的抗干擾措施，即電源部分的攔截是抗干擾的重點，并輔以選擇合適的電纜以及電纜的正確敷設，完善而合理的接地系統。

首先分析了PLC控制系統中來自空間輻射的干擾，大多PLC控制系統所處的空間均存在各種各樣的電場和磁場。電磁場主要由交流電力網絡和大地漏電流、電力設備的暫態過程，雷電、靜電放電等產生。屏蔽效果不好的PLC控制系統本身也會產生電磁場，所產生的電磁場反過來又影響系統本身，這些電磁場統稱為電磁輻射；由于熱力站P自控柜大多處于配電室中，配電室內大功率變頻器等周圍空間中都存在很強的交變磁場，儀表的閉合回路處在這種變化的磁場中會產生感應電動勢。這種感應電動勢和有用信號串聯，進而形成干擾。為了降低這種干擾，將導線遠離強用電設備，注意走線方向以及減小導線回路面積，通常可以使用屏蔽雙絞線，由于兩根信號線以很短的節距絞合，磁感應電動勢能大大降為原有的1/10～1/100。

其次討論由PLC控制系統外部接入線路等引入的干擾源，其中電源輸入端引入的干擾，PLC控制系統的供電電源一般由電網供給，電網會受到來自空間輻射，電網線路上各種用電設備如大功率電動機、變頻器、交直流傳動裝置等各種影響，會造成電網電流電壓波動；電網線路上由于斷路、短路各種故障也會對其供電線路造成干擾，為防止由于電源不穩定造成PLC系統安全穩定運行，通常采用隔離電源。系統受干擾程度大小受隔離電源質量的影響；選用高品質可靠性好的隔離電源能從電源輸入端大大減小由于電網波動對系統造成干擾。

由于自控柜連接外部信號線路很多，與控制系統相連接的信號輸入輸出線在傳輸有用信號的同時往往會受干擾信號影響并同其一起進入PLC控制系統，通常這些干擾通過以下方式進入:

(1)變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾

(2)信號線受空間電磁感應的干擾，由信號線引入的干擾會引起輸入輸出模塊信號異常以及測量誤差偏大，甚至可能損壞設備。靜電感應，也就是電的耦合，在相對兩物體中，其中一個物體的電位發生變化，則由于物體之間電容使另一物體的電位也發生變化。干擾源是通過電容性的耦合在回路中造成干擾，當把信號線扭絞時能使電場在兩信號線上產生電位差大大減小，采用靜電屏蔽后，能使感應電勢減小到1/100～1/1000。

由地線引入的干擾，地線的連接方式不當會引起地環流，可能在地線上產生不等電位分布，影響PLC內邏輯電路和模擬電路的正常工作。模擬地電位的分布將導致測量精度下降引起對信號測控的嚴重失真和誤動作，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運算、數據存儲造成死機。在大地中，各個不同接地點之間往往存在電位差，在自動化儀表的使用中經常會有意或無意使輸入回路存在兩個以上接地點，這樣就會把不同接地點的電位差引入儀表，這種電位差有時能達1～10伏以上，若接地不穩定，一個電路中流動的返回電流就會在另一個電路的接地回路中產生地電位的變動，地電位的變動將會嚴重降低模/數轉換器、運算放大器和傳感器等低電平模擬電路的性能。另外電磁波的輻射存在于每個電路中，這就形成了電路間的耦合。當電流改變時，就會產生電磁波，這些電磁波能耦合到附近導體中，并且干擾電路中的其它信號。

除此之外，還存在其他高頻發生器、雷云與大地間的放電在配電線路上也能感應出異常電壓。

所以，為保證熱力站PLC自動控制系統穩定運行，所有自控設備連接線纜必須選用屏蔽抗干擾性能優良產品，屏蔽的目的就是隔斷“場”的作用，抑制各種“場”的干擾。而且屏蔽層必須接地，才能防止干擾。另一種方法是針對于變化速度很慢的直流信號，可以在儀表的輸入端加入濾波器，來使混雜于信號的干擾衰減到最小，當然這種方式在儀表的電路設計過程中就已經考慮了。

在實際中，我們應當盡可能避免干擾的產生，實際工程中遇到電磁干擾問題時，應該從干擾源、耦合路徑和受擾對象這3個要素出發。一般而言，一個性能良好的控制系統以降低射頻能量為最經濟有效的方法。而第二三個要素傾向于采用屏蔽技術處理，為有效抑制電磁波輻射和傳導及高次諧波引發的噪聲電流，用變頻器驅動的電動機電纜必須采用屏蔽電纜，且屏蔽層應可靠接地。控制電纜最好使用屏蔽電纜；模擬信號的傳輸線應使用雙屏蔽的雙絞線，不同的模擬信號線應獨立走線，有各自的屏蔽層，以減小線間的耦合。不要把不同模擬信號置于同一公共返回線內。將信號線與動力線分開不同橋架布設，減少雜散磁場的影響。

利用接地技術消除電磁干擾，確保控制柜中所有設備接地良好。利用布線技術改善電磁干擾，電動機電纜獨立于其它電纜走線，同時避免電機電纜與其它電纜長距離平行走線，控制電纜與電源電纜交叉時盡可能使他們按90°交叉。利用濾波技術降低電磁干擾，利用進線電抗器用于降低變頻器產生的諧波同時也可用于增加電源阻抗，幫助吸收附近設備投入工作時產生的浪涌電壓和主電源的尖峰電壓。

結語

自動化控制系統的各種干擾，特別是PLC控制系統的干擾是一個非常復雜的問題，因此在抑制干擾時應綜合考慮各方面的因素，對有些干擾還需具體分析，對癥下藥，以保證熱力站自控系統正常工作，確保各設備安全節能運行。