電力系統中PLC控制系統的抗干擾分析

王明炎

（上海大屯能源股份有限公司發電廠，上海 221611）

1.PLC的干擾源分析

PLC控制系統是一種自動化程度高且配置十分靈活的控制工業生產過程的裝置。憑借自身的高可靠性，其在自動控制領域中的應用十分廣泛。

美中不足的是，PLC控制系統本身存在著一定缺陷。盡管該系統具有可靠的與現場的隔離、端口之間的隔離、端口輸入輸出信號與總線信號間的隔離，但是，隨著PLC應用場合的廣泛化，應用環境的復雜化，其所受的干擾也不可避免的越來越多。

發電廠空間內存在著極強的電磁場，如今的發電機電壓已經高達數千伏，電流高達數百安乃至數千安，開關站輸出電壓更是高達幾十千伏甚至幾百千伏，由于實際現場條件的限制，所以經常會出現近百米長強電與PLC信號電纜無法有效分隔的實際情況，甚至有時只能敷設于相同的電纜溝或電纜橋架中。因此，高電壓、大電流接通或斷開時會產生的強電干擾，極有可能會在PLC輸入線上產生較強的感應電壓和感應電流，產生的感應電壓、電流會導致PLC輸入端的光電耦合器內的發光二極管發光，致使光電耦合器的抗干擾作用無法有效發揮，由此導致PLC的誤動作、裝置死機、程序紊亂等情況出現。

干擾信號除卻經PLC輸入端侵入PLC的情況之外，也很有可能經PLC的電源進入PLC。除此外，系統內部的各元器件以及不同電路間也經常會相互產生電磁輻射，存在著PLC系統的內部干擾。如邏輯電路的互相輻射以及其對模擬電路產生的影響，模擬地和邏輯地之間的相互影響及各元器件間的不匹配使用等等。不同形式的干擾，都很有可能使系統無法正常工作。因此，研究PLC控制系統的干擾來源、成因以及抑制措施，對于提高PLC控制系統的抗干擾能力、增強其可靠性具有十分重要的作用。

2.抗干擾措施分析

2.1 隔離措施

PLC內部采用了光電耦合器、輸出模塊中小型繼電器和光電可控硅等以隔離外部的開關量信號，PLC的模擬量I/O模塊通常也都采取光電耦合的隔離措施。這樣不僅能減少或消除外部干擾對系統的影響，而且能有效保護CPU模塊，令其免受由外部竄入PLC的高電壓的危害。因此，一般不需要在PLC外部設置抗干擾隔離器件。假如PLC輸入端的光電耦合器無法有效抵抗干擾，還可以利用小型繼電器來隔開發電站中用長線引入PLC輸入端的開關量信號。光電耦合器中發光二極管的工作電流僅為幾毫安，而小型繼電器線圈的吸合電壓達到幾十伏，強電干擾信號的電磁感應產能量一般很難令用來隔離的繼電器吸合。不少系統需要利用外部信號多對觸點，一對觸點提供輸入信號給PLC，一對觸點提供開關量信號給上位計算機，一對觸點用于指示燈等。利用繼電器轉接輸入信號不但提供了多對觸點，而且實現了對強電干擾信號的隔離。為了提高PLC控制系統的抗干擾能力，PLC外部信號、PLC以及計算機間的串行通信線路可以用光纖或帶光電耦合器的通信接口隔離，在要求必須防火、防爆的環境下這種方法更加適合。

2.2 電源措施

電源干擾主要是由供電線路阻抗耦合產生的，不同大功率的用電、發電設備是主要干擾源。假如PLC使用的是交流電源，那么在干擾很強或要求很高可靠性的場合，在PLC的交流電源輸入端加帶屏蔽層的隔離變壓器和低通濾波器。隔離變壓器用來抑制竄入的外來干擾，但是屏蔽層應保證可靠接地。高頻干擾信號是通過初級、次級繞組間的分布電容傳遞的。在初級、次級繞組間加繞屏蔽層，可以減小繞組間的分布電容，提高抗高頻干擾能力，保證電源供電的可靠性。

2.3 PLC輸出端措施

繼電器輸出模塊觸點的工作電壓范圍寬、導通壓降小，相比于晶體管型和雙向可控硅型模塊，繼電器輸出模塊所能承受的瞬時過電壓、過電流能力強，但是速度較慢。系統的輸出量變化較少時，選用繼電器型輸出模塊比較合適。PLC輸出模塊中的小型繼電器觸點較小，斷弧能力較差，無法直接用于發電站DC220V的電路中，必須用PLC驅動外部繼電器，利用外部繼電器的觸點驅動DC220V負載。對外接繼電器的選擇，要仔細分析是用PLC控制接通還是斷開外部回路。

2.4 安裝與布線措施

開關量信號對信號電纜一般沒有嚴格的要求，一般的銅芯多股電纜即可選用，在傳輸距離較遠時，屏蔽電纜或光纖是理想的選擇。模擬信號最好選擇屏蔽電纜。通信電纜要求的可靠性高，當通信電纜的信號頻率很高時，最好選用PLC生產廠家提供的專用電纜，當可靠性要求不高或者信號頻率比較低時，可以用帶屏蔽的雙絞線電纜。PLC應該遠離強干擾源，例如大功率的可控硅裝置、高頻大功率焊機以及大型動力設備等等。不能將PLC與高壓電器安裝在同一開關柜內，若在柜內PLC應盡量遠離動力線。和PLC裝于同一開關柜內的電感性元件，例如繼電器、接觸器內的線圈，最好并聯RC消弧電路。不同類型的線應該裝入不同的電纜管、電纜槽中，盡量使其有足夠的空間距離。PLC的I/O線和大功率動力線要分開走線，若在同一線槽中布線，信號線應使用屏蔽電纜。交流線和直流線要用不同的兩根電纜，開關量、模擬量的I/O線應盡量分開敷設，后者采用屏蔽線。傳送模擬信號屏蔽線，其屏蔽層一端接地，為了排除高頻干擾，數字信號線屏蔽層要并聯電位均衡線，其電阻應最好小于屏蔽層電阻的1/10，同時將屏蔽層兩端接地。假如不能設置電位均衡線，或者只需考慮抑制低頻干擾的情況下，一端接地即可。不同信號線最好不用同一插接件轉接，假如一定要用同一插接件，用備用端子或者地線端子分隔開，可以有效降低干擾。

3.結語

電力系統極其復雜，在電力系統中的PLC控制系統更是充滿不確定因素。PLC控制系統干擾因素更是錯綜復雜，要想盡可能地減少或消除干擾，必須綜合電力系統本身所固有的問題以及PLC控制系統一系列的要求進行全方位的考慮，從PLC控制系統的干擾源進行分析，對PLC的隔離、電源、輸出端以及相應的安裝與布線措施進行全方位改進，以達到減少甚至消除干擾的目的，充分提高PLC控制系統的抗干擾能力與可靠性。

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