斗輪機 PLC 控制系統通訊干擾分析與治理

隋東旭

中國電建集團長春發電設備有限公司 吉林長春 130033

斗輪機中經常應用的PLC控制系統的生產廠商主要有：西門子、施耐德、羅斯威爾自動化等等。這幾個廠商生產的設備還是比較安全可靠的，易產生故障的原因不是由于技術含量不足，而是外界的擾動因素太多導致的。PLC是整個設備的核心控制系統，一旦產生一點故障造成的影響都是難以預計的[1]。干擾因素有可能會導致PLC系統內存儲的大量數據不翼而飛，核心控制系統出了毛病，斗輪機就會很容易發生無原因的跳閘，通訊發生故障等等，下面將對斗輪機 PLC 控制系統通訊干擾現象及檢查做一個詳細的論述。

1 PLC 控制系統通訊干擾現象及檢查

斗輪機通訊系統受到干擾時，經常會出現無故跳閘的現象。而正常情況下的跳閘原因主要有兩種：一是司機人為的按了急停系統，二是由于斗輪機不斷的發出報警信號而引起的跳閘。斗輪機的通訊系統發生故障時，就會完全沒有上述兩個原因沒有緣故的就跳閘了。經過后續的檢查設備按鈕、接線回路也均無異常。經過尋找跳閘信號的產生源頭，發現信號是由司機室遠程站發出的。但是經過調查此區域并未發生過誤發跳閘信號現象，基本可以斷定，斗輪機的通訊系統很有可能發生了故障。筆者對上述現象做了相關檢查以驗證猜測：

此次試驗用的斗輪機均采用西門子PLC S7-300控制系統，對其內部的通訊電纜及通訊模塊進行檢查，均未發現異常。電纜的接頭緊固，通訊狀態也正常。于是采用PLC 控制系統的檢測軟件觀察其設備的運行實時狀況，發現了兩點異常的問題。第一，當斗輪機停運時，通訊正常；當斗輪機司機室遠程站有數據交換異常的情況出現時，如果數據的傳輸錯誤率超過一定值時，PLC控制系統就會有運行不穩定的現象發生。第二，跟斗輪機電機啟動的設備數有關。我們都知道電機在工作的過程中由于變頻與電流的雙重作用下，多少會產生一定量的電磁干擾。而對于PLC 通訊系統，則是一類信號傳輸的干擾源。經筆者測試研究發現，但一臺電機啟動時，數據包的交換錯誤率很低，僅在個位數之內浮動；當啟動兩臺電機時，數據包的交換錯誤率明顯上升，但是在容錯范圍之內；啟動三臺電機時，波動的幅度更大；當啟動四臺電機時，PLC控制系統接收到的數據包錯誤率達到了十位數[2]。由上可以推出，啟動的電機越多，對通訊系統造成的干擾越多。當發電廠需要大量進行運煤工作時，必然會啟動多臺電機，所以會經常出現無緣跳閘的情況發生。

2 產生干擾的因素分析

2.1 變頻器干擾

由于電機啟動時，產生的電磁輻射會干擾到PLC控制系統的信號傳輸，從而影響到通訊的質量受到干擾。

2.2 通訊電纜鋪設問題

通訊電纜與動力電纜之間相隔較近，與遠程站連接的分支器、終端器等也沒有進行專門的屏蔽處理。所以會產生變頻器在工作中所產生的強高次諧波會干擾到遠程 I/O 系統引起通訊錯誤的現象發生。

2.3 分站電纜的長度不符合技術規范

做好將分站電纜的長度設為300mm。因為過長的電纜長度會造成信號衰減，影響到通訊的質量；過短的電纜長度信號在在分支器處發生反射，同樣會影響到通訊質量。

2.4 系統接地

要想保證PLC系統信號高質量的傳輸，就要單獨的將PLC系統的通訊電纜接地。而在實際的生產工作過程中，斗輪機的各式系統也均接地。所以這也是產生信號干擾的原因之一。

2.5 信號反射

在遠程 I/O 的始端和末端會接收到多余的信號，在為加裝電阻的情況下，就會發生信號的反射，使通訊的質量受到干擾。

3 通訊系統的干擾與防治

3.1 隔離供電法

在司機的遠程控制站內安裝UPS 電源系統，走單獨的供電網絡。傳統的方法是多個電源公用，但單用就可能很好地解決信號干擾問題。由于UPS電源自身就具有優越的干擾隔離性能，可以間接的提高斗輪機的通訊穩定性。

3.2 重新布線

我們重新鋪設了歐姆龍專用通訊電纜，新的布線方式能很好地將三種線路區分開來。同軸電纜，電力電纜，控制電纜三者間的鋪設位置要相隔一定距離。三者間均要穿管敷設，在施工鋪設的過程中嚴格按照規范設計施工，使用的原廠的專業設備進行終端接頭的制作。注意此時鋪設的過程中可以將分站電纜的長度統一設定為300mm。

這些只是基礎上的改造工作，只能將現象姑息一段時間。不久還會舊事重提。所以為了從根本上解決問題，我們需要對通訊電纜進行改造。

雖然同軸電纜有著應用的優勢，但是其也有一個致命的弱點就是它對電纜敷設有較大依賴。本身材質上得抗輻射干擾能力也極為一般。所以我們可以將通訊電纜改用為光纖電纜。這種材料也是目前寬帶上網的主要信號載體，究其原因是由于光纜有著優越的防接地環流干擾能力，明顯由于其他信號傳輸載體，值得廣泛推廣應用。

4 結語

我們都知道斗輪機的應用場景比較惡劣，通訊系統在這種環境下也極容易受到擾動。產生擾動的原因各種各樣，故障的表現形式也是花樣繁多。上述現象經過人為干預還是可以改善許多的，例如我們應該在設備運行之前嚴格按照規范設計施工，減少接地系統產生的強高次諧波干擾問題等等方式來避免。只有我們了解了設備的工作原理，產生故障的機制，在解決問題的時候就會信手拈來，少走彎路，快速的有針對性的解決問題。