矿热炉控制系统中的干扰危害及应对措施浅析

郭亮

摘 要：介绍了矿热炉控制系统中的几种常见干扰，阐述了其危害性，并通过具体实践提出了改进和减小干扰的方法，具有很强的实用性。

关键词：高次谐波；电磁干扰；接地；屏蔽

1 前言

近年来矿热炉控制系统发展迅速，但随着控制技术的不断发展，其干扰问题也愈加严重起来，需要引起广泛的高度重视。

2 矿热炉系统中常见干扰因素

矿热炉控制系统的干扰问题较为复杂，根据我公司多年的设计调试经验，总结出其常见的几种干扰类型：

（1）电源干扰；（2）传输线路干扰；（3）变频器干扰。

2.1 电源干扰

控制系统中各模块、信号仪表等均由电网提供电源，而电网受到上级影响时，就会产生高次谐波、噪声以及振荡，造成电网电源波形畸变，导致控制系统中串入电网干扰信号。

2.2 传输线路干扰

矿热炉控制系统中各检测仪表信号由于传输距离长，信号传输线中总会有外部干扰信号侵入。

首先，信号线受电磁辐射影响，会产生外部感应干扰。此类干扰会引起I/0信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，造成逻辑数据变化、误动和死机等。

其次，当信号线路离产生高次谐波的设备很近时，设备的高次谐波信号将感应耦合到PLC电路中，从而产生内部感应干扰，其分为电磁感应和静电感应两种。电磁感应方式就是当交流电流中的高频成分产生了高频磁场，高频磁力线对PLC控制线路产生感应电流，并叠加到控制电流上，形成差模干扰信号。另一种静电感应方式就是设备输出的高频电压通过线路的分布电容传给PLC输入输出控制电路，共同与大地形成回路，产生共模干扰信号。

2.3 变频器干扰

矿热炉控制系统中应用着较多的低压变频器（电压在380～500V），对于变频器本身，既是干扰源又是被干扰的对象。

2.3.1 作为干扰源

一般的低压变频器，其主电路都采用“交-直-交”线路，输入具有整流电路，输出用IGBT逆变电路，其输入电压是正弦波形，电流是非正弦波形；输出电压是非正弦（阶梯形）波形，电流近似正弦（SPWM调制）。

而不论输入输出均存在非正弦，会产生高次谐波，尤其是输出影响较大。必须采用一定的防干扰措施，否则会造成严重后果。

高次谐波可能造成电容器和电抗器过电流、过热，发出异响，甚至损坏；使变压器和电机产生附加损耗、局部过热，效率下降；使电机产生附加力矩而造成震动增大，转速不稳，产生抖动；而高次谐波幅值过大会引起控制电器和计算机误动作，使电子设备工作不稳定，严重时甚至无法工作。

2.3.2 作为被干扰源

变频器在整个矿热炉控制系统中作为PLC系统Profibus网络的各个分站与主站进行数据交换，而作为信号的发送和接收者，它就难免受到外部的干扰。

3 矿热炉系统抗干扰的方法和措施

3.1 抑制电源干扰的措施

由于PLC自身具有很强的抗干扰能力，通常只要将PLC电源与系统动力设备分开配线，就可以有效地抑制来自电源的干扰。但如果遇到电源干扰特别严重的情况，则可采用带屏蔽层的隔离变压器供电，甚至加接线路滤波器，以抑制从交直流电源侵入的常模和共模瞬变干扰。另外，在有较强干扰源的环境中使用PLC，或对PLC工作可靠性要求特别高时，可将屏蔽层和 PLC浮动的端子接地。

3.2 抑制线路干扰的措施

首先，不同类型的信号要采用不同的电缆传输；信号线要做好屏蔽，尽量避免与动力线靠近铺设，如果必须放入同一电缆槽中，可考虑穿金属管单独走线；在信号传输长度上尽量缩短，而且输入输出线路不要使用同一根信号电缆；电压信号的传输，如果距离较长，一定要选用铠装屏蔽电缆。

其次，对于受到电磁干扰十分严重的信号，须采用双绞线代替两根平行导线。双绞线中的每个小绞纽环在电磁场下会通过交变的磁通，并在周围的导体中产生电动势，相邻绞纽环中在同一导体上产生的电动势方向相反，相互抵消，这对电磁干扰起到较好的抑制作用。

再次，在输入输出线路连接PLC模块的端头，采用信号隔离措施，加装不同类型的信号隔离器，也能有效的抑制线路信号干扰。

3.3 抑制变频器干扰的措施

3.3.1 变频器作为干扰源时可以采取的措施

（1）在变频器的进线加装AC电抗器，出线采用DC电抗器或正弦滤波器；

（2）将变频器和易受干扰设备的电源分开进行供电；

（3）变频器出线与进线采用屏蔽线，穿金属管并接地，输出使用四芯电缆（一芯接地），电机外壳接地，变频器单独接地；

（4）电源线和信号线单独敷设，避免交叉，絕对不能平行敷设；

（5）信号线屏蔽层不能接到电机或变频器的地，而应该接到控制线路的公共端，必要时可采用零序电抗器、电涌吸收器、电涌抑制器，输入抑制电抗器等。

3.3.2 变频器作为被干扰对象时可以采取的措施

变频器在通讯网络中进行信号的发送和接收时，需要采取一定措施，以抑制干扰的影响。当其信号为模拟量信号时（如热电偶信号，热电阻信号等），建议用屏蔽线连接，且必须单独占用电线管或电缆槽，不可与其他信号在同一电缆管（或槽）中走线。而信号为低电平的开关信号时（干节点信号），建议采用屏蔽双绞线（至少用双绞线）连接，并且也要单独走线，不可和动力线和大负载信号线在一起平行走线。在矿热炉控制系统中一般都采用DP专用屏蔽双绞线，有非常好的抗干扰效果。

4 结语

矿热炉控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，只有在抗干扰问题中综合考虑来自于各方面的因素，采取对症下药的方法，才能有效地抑制干扰。

参考文献

[1]天津电气传动设计研究所.电气传动自动化技术手册（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2005.

（作者单位：大连华锐重工集团股份有限公司）