无人值守热力站PLC控制系统抗干扰研究

樊耀强

太原市热力集团有限责任公司 山西 太原 030001

PLC控制系统的可靠性直接影响到无人值守热力站的安全生产和经济运行，而系统的抗干扰能力是关系到整个供热系统可靠运行的关键。通过对PLC控制系统的干扰源进行研究，得出PLC控制系统中的干扰源主要有空间辐射的干扰、系统外接线的干扰，并针对这些干扰在控制系统中的影响，提出了相应的抗干扰措施，即电源部分的拦截是抗干扰的重点，并辅以选择合适的电缆以及电缆的正确敷设，完善而合理的接地系统。

首先分析了PLC控制系统中来自空间辐射的干扰，大多PLC控制系统所处的空间均存在各种各样的电场和磁场。电磁场主要由交流电力网络和大地漏电流、电力设备的暂态过程，雷电、静电放电等产生。屏蔽效果不好的PLC控制系统本身也会产生电磁场，所产生的电磁场反过来又影响系统本身，这些电磁场统称为电磁辐射；由于热力站P自控柜大多处于配电室中，配电室内大功率变频器等周围空间中都存在很强的交变磁场，仪表的闭合回路处在这种变化的磁场中会产生感应电动势。这种感应电动势和有用信号串联，进而形成干扰。为了降低这种干扰，将导线远离强用电设备，注意走线方向以及减小导线回路面积，通常可以使用屏蔽双绞线，由于两根信号线以很短的节距绞合，磁感应电动势能大大降为原有的1/10～1/100。

其次讨论由PLC控制系统外部接入线路等引入的干扰源，其中电源输入端引入的干扰，PLC控制系统的供电电源一般由电网供给，电网会受到来自空间辐射，电网线路上各种用电设备如大功率电动机、变频器、交直流传动装置等各种影响，会造成电网电流电压波动；电网线路上由于断路、短路各种故障也会对其供电线路造成干扰，为防止由于电源不稳定造成PLC系统安全稳定运行，通常采用隔离电源。系统受干扰程度大小受隔离电源质量的影响；选用高品质可靠性好的隔离电源能从电源输入端大大减小由于电网波动对系统造成干扰。

由于自控柜连接外部信号线路很多，与控制系统相连接的信号输入输出线在传输有用信号的同时往往会受干扰信号影响并同其一起进入PLC控制系统，通常这些干扰通过以下方式进入:

(1)变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰

(2)信号线受空间电磁感应的干扰，由信号线引入的干扰会引起输入输出模块信号异常以及测量误差偏大，甚至可能损坏设备。静电感应，也就是电的耦合，在相对两物体中，其中一个物体的电位发生变化，则由于物体之间电容使另一物体的电位也发生变化。干扰源是通过电容性的耦合在回路中造成干扰，当把信号线扭绞时能使电场在两信号线上产生电位差大大减小，采用静电屏蔽后，能使感应电势减小到1/100～1/1000。

由地线引入的干扰，地线的连接方式不当会引起地环流，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。模拟地电位的分布将导致测量精度下降引起对信号测控的严重失真和误动作，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算、数据存储造成死机。在大地中，各个不同接地点之间往往存在电位差，在自动化仪表的使用中经常会有意或无意使输入回路存在两个以上接地点，这样就会把不同接地点的电位差引入仪表，这种电位差有时能达1～10伏以上，若接地不稳定，一个电路中流动的返回电流就会在另一个电路的接地回路中产生地电位的变动，地电位的变动将会严重降低模/数转换器、运算放大器和传感器等低电平模拟电路的性能。另外电磁波的辐射存在于每个电路中，这就形成了电路间的耦合。当电流改变时，就会产生电磁波，这些电磁波能耦合到附近导体中，并且干扰电路中的其它信号。

除此之外，还存在其他高频发生器、雷云与大地间的放电在配电线路上也能感应出异常电压。

所以，为保证热力站PLC自动控制系统稳定运行，所有自控设备连接线缆必须选用屏蔽抗干扰性能优良产品，屏蔽的目的就是隔断“场”的作用，抑制各种“场”的干扰。而且屏蔽层必须接地，才能防止干扰。另一种方法是针对于变化速度很慢的直流信号，可以在仪表的输入端加入滤波器，来使混杂于信号的干扰衰减到最小，当然这种方式在仪表的电路设计过程中就已经考虑了。

在实际中，我们应当尽可能避免干扰的产生，实际工程中遇到电磁干扰问题时，应该从干扰源、耦合路径和受扰对象这3个要素出发。一般而言，一个性能良好的控制系统以降低射频能量为最经济有效的方法。而第二三个要素倾向于采用屏蔽技术处理，为有效抑制电磁波辐射和传导及高次谐波引发的噪声电流，用变频器驱动的电动机电缆必须采用屏蔽电缆，且屏蔽层应可靠接地。控制电缆最好使用屏蔽电缆；模拟信号的传输线应使用双屏蔽的双绞线，不同的模拟信号线应独立走线，有各自的屏蔽层，以减小线间的耦合。不要把不同模拟信号置于同一公共返回线内。将信号线与动力线分开不同桥架布设，减少杂散磁场的影响。

利用接地技术消除电磁干扰，确保控制柜中所有设备接地良好。利用布线技术改善电磁干扰，电动机电缆独立于其它电缆走线，同时避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，控制电缆与电源电缆交叉时尽可能使他们按90°交叉。利用滤波技术降低电磁干扰，利用进线电抗器用于降低变频器产生的谐波同时也可用于增加电源阻抗，帮助吸收附近设备投入工作时产生的浪涌电压和主电源的尖峰电压。

结语

自动化控制系统的各种干扰，特别是PLC控制系统的干扰是一个非常复杂的问题，因此在抑制干扰时应综合考虑各方面的因素，对有些干扰还需具体分析，对症下药，以保证热力站自控系统正常工作，确保各设备安全节能运行。