PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施研究

摘 要:通過對(duì)某水電站機(jī)組油壓泵控制柜的設(shè)計(jì)，分析了影響PLC運(yùn)行的主要干擾源，并提出抗干擾設(shè)計(jì)的實(shí)施策略。

關(guān)鍵詞:PLC;控制系統(tǒng);干擾源

中圖分類號(hào):TP

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1672-3198(2010)09-0279-02

1 概述

隨著水電站自動(dòng)化水平的提高，PLC控制系統(tǒng)越來越多地應(yīng)用于水電站的自動(dòng)化設(shè)備中。但設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境條件惡劣，濕度高，以及各種電磁、輻射的干擾，PLC控制系統(tǒng)也存在著各種干擾，直接影響到水電站的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。PLC的抗干擾能力是整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，因此，分析和研究PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施顯得尤為重要。通過對(duì)廣東稔坑水電站機(jī)組油壓泵控制柜的設(shè)計(jì)，分析了影響PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行的主要干擾源，并提出了抗干擾設(shè)計(jì)的實(shí)施方案。

2 機(jī)組油壓泵控制柜的主要配置

機(jī)組油壓泵控制柜的主要任務(wù)是完成2臺(tái)油壓泵的啟/停控制及補(bǔ)氣控制。因廠房面積的限制，把啟動(dòng)設(shè)備與控制回路放在同一柜中。柜內(nèi)主要配置了PLC、負(fù)荷開關(guān)、電機(jī)軟起動(dòng)器及相應(yīng)的接觸器、熱繼電器，還有開出控制繼電器、電源裝置及有關(guān)輔助器件。面板上設(shè)有指示各種故障的顯示器、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視燈、電源指示燈、油泵操作切換開關(guān)、自動(dòng)補(bǔ)氣裝置電磁閥切換開關(guān)、油泵手動(dòng)啟停按鈕及故障信號(hào)總清按鈕。

根據(jù)現(xiàn)場的運(yùn)行條件，柜內(nèi)還設(shè)置了用于溫濕度調(diào)節(jié)的通風(fēng)、加熱器及柜內(nèi)照明裝置，以適應(yīng)水電站的環(huán)境要求。

3 PLC的主要干擾源

PLC作為機(jī)組油壓泵控制系統(tǒng)中的核心，其所處的環(huán)境干擾源主要有:

(1)PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾:來源于系統(tǒng)內(nèi)部各元器件及電路間的相互電磁輻射。

(2)空間的輻射干擾:主要空間的輻射形成電磁場在系統(tǒng)中產(chǎn)生的靜電感應(yīng)或電磁感應(yīng)。(3)系統(tǒng)外引線的干擾:通過電源線或信號(hào)線而將外部干擾引入系統(tǒng)。

(4)接地系統(tǒng)混亂引起的干擾。

4 PLC的抗干擾措施

要提高PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，必須在設(shè)計(jì)和施工中采取有效的抑制措施，抗干擾的主要措施如下:

4.1 柜內(nèi)元件布置及抗干擾措施

在PLC的選擇上，采用了性能良好的Schneider Twido TWDLCAA40DRF產(chǎn)品，該產(chǎn)品具有較好的電磁兼容性，及較高的抗干擾能力，對(duì)外部干擾也有一定的濾波、隔離功能。控制柜內(nèi)的布置上，將容易受干擾的PLC及開關(guān)電源置于柜內(nèi)頂部，柜的中部依次布置負(fù)荷開關(guān)、接觸器、軟起動(dòng)器及熱繼電器，在柜的低部布置開出繼電器、加熱器及其它附件。PLC輸出模塊內(nèi)的小型繼電器的觸點(diǎn)很小，斷弧能力很差，不能直接用于啟動(dòng)l#、2#油泵的控制回路，因此，采用中間繼電器進(jìn)行隔離放大，還能有效避免開出端的干擾對(duì)PLC造成沖擊，甚至損壞。采用電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器代替常規(guī)降壓或全壓啟動(dòng)，避免大電機(jī)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，引起供電電源波動(dòng)而產(chǎn)生干擾。

將柜體放置在電廠廠房內(nèi)，遠(yuǎn)離高壓電源線、遠(yuǎn)離電動(dòng)機(jī)及加熱器等電磁輻射干擾源，以減少電磁干擾，提高抗干擾性能;柜體采用屏蔽性能良好的結(jié)構(gòu)，以保證外部電磁干擾不在柜內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流。

4.2 電源的抗干擾措施

在PLC控制系統(tǒng)中，電源占有極其重要的地位。PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電，因電網(wǎng)的干擾，電壓、頻率的波動(dòng)，直接影響到PLC系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，因此在PLC的電源處理上，采用控制電源與供電電源完全隔離方式，即增加一個(gè)隔離變壓器。此外，為保證供電不中斷，采用兩路供電電源輸入，這樣無論任何一路電源出現(xiàn)故障時(shí)，通過內(nèi)部的無擾自動(dòng)切換，確保供電電源穩(wěn)定可靠。

柜內(nèi)PLC的I/O電源，采用經(jīng)開關(guān)電源變換的DC24V電源，以減少來自交流電源的干擾。柜內(nèi)控制按鈕也全部使用DC24V電源，既有效地抑制了電源干擾，又保護(hù)了人員操作、維護(hù)的安全。

電源在安裝時(shí)，還應(yīng)注意隔離變壓器與PLC和I/O電源，可采用雙絞線連接，以防止電源進(jìn)線竄入外來信號(hào)的干擾。

4.3 輸入輸出及布線

為了抑制來自系統(tǒng)外引線的干擾，一方面選用抗干擾性能良好的輸入輸出模塊，另一方面要合理地進(jìn)行布線。主要抗干擾措施如下:

(1)選用TWDLCAA40DRF的I/O電路具有濾波、隔離功能，能有效抑制外部干擾。

(2)PLC的I/O線、動(dòng)力線及其它控制線分開，并由不同電纜傳輸，按種類分層鋪設(shè)。

(3)柜內(nèi)交流線與直流線、輸入線與輸出線也要按種類分開走線。

(4)柜外走線要將弱電電纜、動(dòng)力電纜、控制電纜單獨(dú)走線，并保持一定的間距。

(5)開關(guān)量與模擬量的I/O線也分開，對(duì)于傳送模擬量信號(hào)的I/O線應(yīng)采用屏蔽線，且屏蔽線的屏蔽層一端接地。

4.4 正確的接地

良好的接地是PLC安全可靠運(yùn)行的重要條件。在接地時(shí)應(yīng)注意以下問題:

(1)控制柜要用絕緣板與地面隔開，工作接地要與保護(hù)接地嚴(yán)格分離。

(2)PLC要采用單獨(dú)接地方式，遠(yuǎn)離動(dòng)力設(shè)備的接地點(diǎn)，接地線的截面積要采用2mm2以上，接地點(diǎn)盡量靠近PLC，距離要在50米內(nèi)。

(3)PLC的CPU單元必須接地。在機(jī)組油壓泵控制系統(tǒng)中，PLC還擴(kuò)展了模擬量單元，CPU單元應(yīng)與模擬量單元具有共同的接地體，而且從任一單元的保護(hù)接地端到地的電阻都要小于5Ω。

(4)機(jī)組油壓泵控制柜采用了在信號(hào)源接地方式，屏蔽層在信號(hào)側(cè)接地，當(dāng)信號(hào)源不接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在PLC側(cè)接地。

(5)屏蔽地采用單點(diǎn)接地方式，并且屏蔽、保護(hù)不能與電源、信號(hào)和其他接地線扭在一起。4.5 軟件抗干擾措施由于電磁干擾的復(fù)雜性，要完全消除干擾影響是不現(xiàn)實(shí)的，因此，在硬件設(shè)施抗干擾的基礎(chǔ)上還要在軟件方面進(jìn)行抗干擾的補(bǔ)充，以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。軟件抗干擾的設(shè)計(jì)主要有兩種:一種是模擬量輸入的數(shù)字濾波設(shè)計(jì)，解決尖峰干擾。一種是模擬量輸出或開關(guān)量輸入輸出的抗干擾設(shè)計(jì)，主要思路是多次或重復(fù)查詢。

結(jié)語:隨著PLC在水電中的大規(guī)模應(yīng)用，如何高效可靠的使用PLC也成為其發(fā)展的重要因素。PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，因此在可靠性設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制干擾，才能夠使自動(dòng)化設(shè)備正常穩(wěn)定高效運(yùn)行。PLC作為自動(dòng)化控制和國際通用系統(tǒng)的重要組成部分，也將在水電站自動(dòng)化控制領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。

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