PLC在鍋爐抗干擾系統(tǒng)中的優(yōu)化設計與應用

仝興林

（保定華電電力設計研究院有限公司，河北 保定 071051)

隨著社會的進步，科學技術也發(fā)生了翻天覆地的變化。可編程控制器（PLC）也越來越成為我們現(xiàn)實生活中廣泛應用的一個具有科技含量的高技術。到了二十一世紀，特別是在近幾年里，組態(tài)軟件控制技術在我國的工業(yè)控制及自動化領域逐漸有了十分重要的地位，越來越多的自動控制行業(yè)的企業(yè)和公司對此技術產(chǎn)生了濃厚的興趣，這也是我們現(xiàn)實生活中的一種新型的值得深入研究的技術。因為該技術除了電子信息方面的硬件之外，還包含計算機軟件方面的知識，是一種綜合性的邊緣學科。

1 可編程控制器控制系統(tǒng)干擾源分析

大家都知道我們?nèi)祟惐旧砭蜕钤诟鞣N各樣的有干擾因素的場類，如來之地球本身的北極南極磁場、地球本身也有重力場、生活在中電源也有電磁場等等，這些干擾因素對我們鍋爐中的電磁設備本身就具有干擾。但是這些不是主要干擾源，PLC控制系統(tǒng)中的主要電磁干擾因素有這些。第一鍋爐所在場地的耗電設備由于種類繁多，其開關電源也比較頻繁，這樣就會導致電源出現(xiàn)浪涌電源或浪涌電流。浪涌電流或浪涌電壓對PLC電子器件損耗較大，給控制系統(tǒng)將會帶來極大的危害。同時，這些浪涌電流或電壓由于是瞬間造成的突變現(xiàn)象，也會產(chǎn)生電磁場，該磁場的瞬間出現(xiàn)也會對PLC控制系統(tǒng)造成干擾。第二自然環(huán)境中的輻射因素，對PLC控制系統(tǒng)電子元器件的干擾。眾所周知我們生存的空間本身就有輻射元素，并且現(xiàn)在環(huán)境惡化嚴重，空間電磁場的污染也十分嚴重，這些空間輻射會產(chǎn)生感應電流，這感應電流通過PLC器件的外殼或?qū)Ь€形成電路，使得控制器的某些部位形成感應電流，從而會對PLC的控制系統(tǒng)形成威脅，損壞電子元器件。這種通過輻射產(chǎn)生感應電流傷害電子元器件的現(xiàn)象在干燥的冬季很容易產(chǎn)生，為了避免PLC電子元器件收到感應電流的破壞，一般會在鍋爐的PLC控制系統(tǒng)中采用導線中接地來消除感應電流的影響。第三由于鍋爐抗干擾系統(tǒng)中有導線接地，這樣也會由于接地系統(tǒng)的混亂而產(chǎn)生新的干擾。PLC鍋爐控制系統(tǒng)中接地的導線一般有屏蔽地線、交流地線、系統(tǒng)地線和保護地線四種。這四種接地導線功能都不一樣，屏蔽地線主要是將電子元器件上的感應電流屏蔽掉，交流地線一般是用于屏蔽交流電產(chǎn)生的感應電場形成的感應電流，系統(tǒng)地線是屏蔽系統(tǒng)上面的靜電等干擾源，保護地線一般是保護相應電子元器件或電子控制系統(tǒng)而設計的。但是由于使用人員對各種地線功能攪渾，很容易出現(xiàn)錯誤的接地現(xiàn)象，這樣不斷沒有消除原有的干擾因素，還產(chǎn)生新的干擾信號，更使得PLC控制系統(tǒng)沒有辦法順利工作下去。另外由于這四種接地線路接法的混亂，就會在接地附近產(chǎn)生地環(huán)流，從而會在地線上面產(chǎn)生不等電位分布。這樣就會導致鍋爐的PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常邏輯信號，導致數(shù)據(jù)混亂或死機現(xiàn)象頻發(fā)。

圖1 PLC鍋爐抗干擾系統(tǒng)設計框圖

2 鍋爐可編程控制器控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計

市面上有許多穩(wěn)壓器，利用穩(wěn)壓器先對PLC控制系統(tǒng)的供電端口進行穩(wěn)壓，這樣即使鍋爐所在環(huán)境中有耗電器材頻繁起停，也能通過穩(wěn)壓器來降低浪涌電流或浪涌電壓造成的損耗，從而達到保護PLC控制系統(tǒng)的目的。因此，設計PLC鍋爐抗干擾系統(tǒng)時，選用隔離性能良好的電源UPS來給PLC控制系統(tǒng)供電。

針對空間輻射所帶來的干擾因素，我們可以采用四種措施來有效的預防、消除。由于空間輻射電磁波產(chǎn)生的電磁感應會產(chǎn)生感應電流，屏蔽感應電流可以通過在PLC控制系統(tǒng)的外殼上加上屏蔽層，將此屏蔽層的某一點接地。因為感應電流是由耦合而產(chǎn)生，那么我們將原來的普通導線換成具有屏蔽功能的導線，如采用屏蔽電纜、同軸電纜、光纜或雙絞線就可以有效的防止耦合，也就可以預防產(chǎn)生感應電流的干擾。因為信號地線與機殼接地，我們可以改變這種方式而采用信號地與機殼、大地浮空的浮地方式，使得PLC控制系統(tǒng)的電路與機殼或大地之間無直流電流方面的聯(lián)系，從而加大信號地與其他物質(zhì)的阻抗，達到阻斷干擾電流的電路之目的，實現(xiàn)抗干擾優(yōu)化的設計。另外在PLC控制系統(tǒng)的信號通道中設置一些必備的濾波器，也可以通過過濾消除不穩(wěn)定因素所造成的干擾。信號通道的抗干擾措施我們可以采用通道隔離技術、屏蔽技術來進行處理。對于信號的系統(tǒng)通道，我們根據(jù)其測控點離控制中心很遠的特點，可以對數(shù)字量通道采用光電耦合器、繼電器等電子元器件進行隔離，再輔以施密特、RC等濾波、整形電路來進行濾波整形可以很好的消除干擾，而對于模擬量來說就采用線性光耦、隔離變壓器、隔離放大器、差動放大電路技術消除干擾因素。當輸入、輸出通道有感性負載時，對交流負載可以在線圈兩端并聯(lián)RC吸收電路，而對于直流輸入信號可以采用并接續(xù)流二極管電路來消除因電路信號的突變而產(chǎn)生感應電勢的不良影響。整個PLC鍋爐抗干擾控制系統(tǒng)設計如圖1所示。

在這個PLC鍋爐抗干擾系統(tǒng)設計框圖中，主要使用了FX2N-48MR PCL芯片作為控制系統(tǒng)的主要處理程序核心，整個設計框架中有故障設置面板、燃燒控制面板、鍋爐的水位控制面板等部件，如果出現(xiàn)異常現(xiàn)象，系統(tǒng)設計的蜂鳴器就會發(fā)出異響，提示報警。

3 PLC抗干擾控制系統(tǒng)在鍋爐中的應用

根據(jù)前文所分析，采用優(yōu)化抗干擾設計技術，選擇有較高抗干擾能力隔離性能良好的采用浮地技術的PLC控制系統(tǒng)。根據(jù)選用我國指定的抗干擾標準(GB/T13926)，選擇恰當?shù)腜LC控制系統(tǒng)。同時在使用該控制系統(tǒng)時注意PLC的輸入、輸出方式，設計實施時采用高可靠性的電子元器件，對直流與交流型號分別采用各自的電纜，對于系統(tǒng)的輸入、輸出信號線使用屏蔽電纜，同時將屏蔽電纜在輸入、輸出一側(cè)懸空，在控制一側(cè)接地。通過優(yōu)化設計出的抗干擾PLC控制系統(tǒng)在某鍋爐廠使用具有良好的效果，性能穩(wěn)定，運行正常，取得了良好的社會效應。

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