VAR炉PLC干扰源的判定及排除方法研究

程显明

(中色〈宁夏〉东方集团有限公司，宁夏 石嘴山753000)

0 概述

真空自耗电弧炉是稀有难熔金属的主要熔炼设备，可以进行Ta、Nb、Ti、Zr等金属及其合金的熔炼。对于钛及钛合金的熔炼来说仍然是当前及今后的主流熔炼设备，电弧炉就是将海绵钛、回收料电极或一次重熔电极在真空状态下熔化在一定尺寸规格的坩埚内形成钛锭的设备。电弧炉电气控制部分采用的是PLC系统。主站为西门子S7-400，从站采用beckhoff总线端子模块，主站位于主配电柜内，从站则多处在生产现场和动力电机附近，运行一段时间，会出现PLC信号干扰现象，对设备的可靠运行产生很大的负面影响，因此，找出和排除干扰源才能维护设备的正常稳定运行。

随着PLC自动控制技术的日渐成熟，越来越多的设备已由原来的继电器控制全面转换为PLC控制，因此，PLC的稳定和可靠以及系统的抗干扰能力直接关系到整个自动控制系统正常运行。

1 PLC信号干扰对VAR炉的影响

（1）故障出现在非熔炼阶段，PLC干扰故障的出现直接导致真空系统停止工作。

（2）故障出现在熔炼阶段，PLC干扰故障出现将直接导致熔炼电源及真空系统停止工作，再次启动熔炼电源耗时长，真空系统停止后，铸锭将被氧化，影响铸锭产品的质量，若出现在热封顶阶段，将严重影响产品的成材率。

（3）未导致故障的PLC信号干扰的出现也会使采集到的信号值与实际值出现无规律误差，影响后续的工艺要求及参数设置。

2 PLC信号干扰的主要来源

2.1 地线安装错误

正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。

电弧炉熔炼电源所接地线与低压配电所接地线必须是单独的两个接地系统，若有两个连接点则会造成PLC信号干扰，严重时会损坏低压元件。

2.2 动力线缆干扰

变压器、MCC柜、电力电缆和动力设备均为工频,频率较低,干扰一般发生在近场,而近场中随着干扰源的特性不同,电场分量和磁场分量有很大差别。特别是动力设备启动时,瞬间电流能够达到额定电流的6～10倍,会产生大电流冲击的暂态干扰。（见图1）

图1

动力设备和电力电缆对现场总线的干扰,与距离的平方成反比,即随距离的增大,干扰衰减非常快。

在系统的整流和逆变中,大功率电力电子元器件高速开和关转换,产生大量的高频电磁波，干扰低压信号线缆。

2.3 电源电压值波动

PLC主站、从站皆由24V直流供电，当电压不稳，或传输距离较远产生电压降，使得从站电源达不到24V或高于24V，此时从站将失去信号输出能力，导致出现PLC干扰故障。

2.4 外接电源焊接

当焊接过程出现失误，致使辅助电极与电极没有焊接紧密，此时需要补焊，而电弧炉无法完成补焊过程，只能通过外接等离子焊机完成焊接过程。焊机在工作过程中，地线接在电极上，焊接时产生大电流，一部分通过电极流经坩埚，流至锁阀，锁阀上部profibus总线连接的编码器，大电流流经此处，立刻会对PLC造成干扰，严重时会损坏耐流等级低的元件。经多次观察，每次在开炉焊接时都会出现PLC报警，并损坏总线接头。

2.5 元器件的损毁

Prifibus总线接头的损坏将直接出现PLC信号故障。（见图2、图3）

图2

图3

元器件的损坏的原因：熔炼过程中炉头与锁阀未紧密结合而出现轻微漏电流；开炉炉外焊接时的大电流。

3 排除方法

通过对4台电弧炉出现PLC干扰进行大量比对与记录，将总结出的排除方法归纳如下：

（1）确保低压接地与熔炼电源接地的独立安装。

（2）将动力线与信号线尽可能的分离，重新对配电柜进线周围的电缆放置。

（3）检查所有从站的工作电压，调整到最佳工作数值。

（4）禁止进行炉内开炉焊接，防止元器件被大电流击穿损坏。

（5）检查所有主站与从站的总线接头及相关电器元件的接触。确保所有元件的正常工作。

（6）对每次出现PLC干扰报警的时间，状态，时长，人员工作状态等进行记录并找出规律。

4 结论

通过对4台电弧炉大量的比对，记录以及针对性的实验，发现以下几点PLC信号干扰的共性：

（1）PLC的干扰与地线系统息息相关，不论是熔炼电源的独立接地，还是各低压配电柜内接地，都直接影响PLC信号的传输。所以确保设备上所有地线均正确安装布置为首要工作。

（2）Profibus现场总线的屏蔽层是隔绝外界对其内部信号干扰的最直接的保护，而这屏蔽层同时接到了设备低压配电系统的接地线上，大多数元器件都是由于漏电流通过地线传至本元件的屏蔽系统，导致损坏，影响信号的传输。

（3）锁阀是PLC信号干扰最集中的部位，炉头与锁阀是否完全密和直接导致是否有漏电流的产生，电流小只会损坏周边小的带屏蔽层的元件，电流若很大时则会直接烧毁炉体地线，导致熔炼过程的停止以及大部分电缆的损坏。所以每次熔炼前必须仔细检查炉头与锁阀的密和程度，不能有任何缝隙。

5 结语

电弧炉的PLC信号干扰不会一直消失，即使一阶段解决，过一段时间仍会出现，只是干扰源不同，所以需要不断的对干扰源进行分析记录，判定干扰源的位置，才能快速准确的解决问题。

［1］张运刚.从入门到精通-西门子S7-300/400 PLC技术与应用[M].北京人民邮电出版社，2009.

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［3］吉顺平.西门子现场总线通信原理与应用[M].机械工业出版社，2009.

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