煤矿井下PLC防干扰的处理措施

周鹏程 伍彬

（中梁山煤电气有限公司矿业分公司 重庆 400052）

煤矿井下PLC防干扰的处理措施

周鹏程 伍彬

（中梁山煤电气有限公司矿业分公司 重庆 400052）

井下生产环境恶劣，电气设备供应厂商参差不齐，电磁兼容性差，PLC控制器在这种环境下容易出现误动作，危害人身财产安全。介于此，提出处理措施以及现场实际案例。

PLC；抗干扰；电磁兼容性

概述

随着科学技术发展，PLC的功能也越来越强，使用越来越方便，取代了繁杂的继电控制电路，广泛应用于煤矿井下各生产场所，而PLC系统抗干扰能力、可靠性直接关联矿井生产安全。加之变频器的大力推广，工作中大多数PLC处于整流设备、交直流互换设备、电压调整设备和非线性大功率频繁启动设备所形成的恶劣电磁环境。目前，PLC供应商皆已按照行业标准生产，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，要提高PLC控制系统的可靠性，只有在安装时和平常维护使用中多下功夫，才能有效解决问题。

1 井下常见的电磁干扰以及处理措施

1.1 通过电源对PLC形成的干扰

如矿井高压开关操作浪涌，矿井主排水泵、局部通风机、皮带等大型电力设备起停和变频绞车运行引起的谐波，供电配电系统的短路冲击等都通过输电线路传到电源原边，污染电网。PLC系统的正常供电电源均由电网供电，因此由电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多。

电源干扰的处理措施：

变频器干扰属于最典型的电源干扰，变频器启动及运行过程中产生谐波，引起电网电压、电流畸变侵入电网，变频器的输出会产生较强的电磁辐射。矿井变频器广泛应用，不采取合理的抗干扰措施，将影响PLC的正常工作。PLC电源通常采用隔离电源，但制造工艺等因素使其隔离性并不理想。由于分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。

通过使用屏蔽电缆，再在电源输入端安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。电源高频谐波比较严重时还可以在隔离变压器前串接LC低通滤波电路。若生产现场有变频器，需要在变频器到电动机之间再加装电抗器，增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，如图1所示。

图1

1.2 PLC信号输入线引人的干扰

PLC控制系统的控制器输入接口连接的各类信号线在传送各类有效的信息时，干扰信号也接踵而至。其中一种干扰由传感器或者信号仪表的供电电源串入造成，另一种干扰则由线缆受空间电磁辐射感应引起。这类信号线引入的干扰会引起PLC的I/O信号异常。

信号线引入干扰的处理措施：

除了动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，PLC的I/O线和大功率线分开走线以外，在PLC输入端和输出端中间使用信号隔离电路板是最佳办法，其原理是将即将传入PLC的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号或不同信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。如光电耦合电路。

1.3 不合理接地系统的干扰

在PLC控制系统中，由于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，形成共模噪声，影响系统正常工作。此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合干扰信号回路。若系统地与其他接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。电气设备正确的接地能提高电磁兼容性，然而错误的接地会引入干扰和发出干扰。生产现场由于设备安装批次不同，没有进行合理化设计，错误接地现象时有发生。

针对不合理接地的处理措施：

正确选择接地点，完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。PLC控制系统属于高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz，所以PLC控制系统的接地线一般采用一点接地图2（a），也可以与其他设备公共接地图2（b），但严禁与其他设备串连接地图2（c）。集中布置的PLC系统适于并联一点接地方式，各装置的防爆壳中心接地点以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大，应采用串联一点接地的方式，即用一根大截面铜母线（或绝缘电缆）连接各装置的柜体中心接地点，然后将接地母线直接连接接地极。接地线采用截面大于20mm2的铜导线，总母线使用截面大于60mm2的铜排。接地极的接地电阻应小于2Ω，而且PLC系统的接地点必须与强电设备的接地点相距10m以上。

图2

2 矿井绞车房挡车栏PLC受干扰的处理案例

2.1 故障现象

挡车栏采用3台台达PLC，通过主从站通讯控制提升斜坡挡车栏的上提、下放，其中主站安装在绞车房内，其余两台从站安装在斜坡。在使用过程中，变频机启动时，主站PLC输出信号闪烁。经分析，认为是PLC受到变频器谐波干扰的缘故。经查主站PLC电源和变频器电源共用同一台馈电开关。

2.2 处理措施

（1）重新安装一台照明信号综保开关，将主站PLC电源接入综保。

（2）电源线使用屏蔽电缆。

（3）主站PLC防爆箱内加装1：1隔离变压器。

（4）通讯线路的露出线头尽量短，并且保证未屏蔽的部分尽量短。

3 结语

PLC控制系统的干扰是一个复杂的问题，这里对煤矿井下常见的电磁干扰进行了阐述，并提出了处理措施。在今后处理此类问题时，可能会有多种干扰源同时作用，要结合实际情况，仔细分析，方能使PLC控制系统正常工作。

[1]廖常初.PLC编程及应用.机械工业出版，2003.

[2]钟肇新.可编程序控制器原理及应用.华南理工大学出版社，2001.

[3]汤以范.电气与可编程序控制器技术.机械工业出版社，2004.

TP273

A

1004-7344（2016）14-0170-02

2016-4-28