VAR爐PLC干擾源的判定及排除方法研究

程顯明

(中色〈寧夏〉東方集團有限公司，寧夏 石嘴山753000)

0 概述

真空自耗電弧爐是稀有難熔金屬的主要熔煉設備，可以進行Ta、Nb、Ti、Zr等金屬及其合金的熔煉。對于鈦及鈦合金的熔煉來說仍然是當前及今后的主流熔煉設備，電弧爐就是將海綿鈦、回收料電極或一次重熔電極在真空狀態下熔化在一定尺寸規格的坩堝內形成鈦錠的設備。電弧爐電氣控制部分采用的是PLC系統。主站為西門子S7-400，從站采用beckhoff總線端子模塊，主站位于主配電柜內，從站則多處在生產現場和動力電機附近，運行一段時間，會出現PLC信號干擾現象，對設備的可靠運行產生很大的負面影響，因此，找出和排除干擾源才能維護設備的正常穩定運行。

隨著PLC自動控制技術的日漸成熟，越來越多的設備已由原來的繼電器控制全面轉換為PLC控制，因此，PLC的穩定和可靠以及系統的抗干擾能力直接關系到整個自動控制系統正常運行。

1 PLC信號干擾對VAR爐的影響

（1）故障出現在非熔煉階段，PLC干擾故障的出現直接導致真空系統停止工作。

（2）故障出現在熔煉階段，PLC干擾故障出現將直接導致熔煉電源及真空系統停止工作，再次啟動熔煉電源耗時長，真空系統停止后，鑄錠將被氧化，影響鑄錠產品的質量，若出現在熱封頂階段，將嚴重影響產品的成材率。

（3）未導致故障的PLC信號干擾的出現也會使采集到的信號值與實際值出現無規律誤差，影響后續的工藝要求及參數設置。

2 PLC信號干擾的主要來源

2.1 地線安裝錯誤

正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統將無法正常工作。PLC控制系統的地線包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統混亂對PLC系統的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環路電流，影響系統正常工作。

電弧爐熔煉電源所接地線與低壓配電所接地線必須是單獨的兩個接地系統，若有兩個連接點則會造成PLC信號干擾，嚴重時會損壞低壓元件。

2.2 動力線纜干擾

變壓器、MCC柜、電力電纜和動力設備均為工頻,頻率較低,干擾一般發生在近場,而近場中隨著干擾源的特性不同,電場分量和磁場分量有很大差別。特別是動力設備啟動時,瞬間電流能夠達到額定電流的6～10倍,會產生大電流沖擊的暫態干擾。（見圖1）

圖1

動力設備和電力電纜對現場總線的干擾,與距離的平方成反比,即隨距離的增大,干擾衰減非常快。

在系統的整流和逆變中,大功率電力電子元器件高速開和關轉換,產生大量的高頻電磁波，干擾低壓信號線纜。

2.3 電源電壓值波動

PLC主站、從站皆由24V直流供電，當電壓不穩，或傳輸距離較遠產生電壓降，使得從站電源達不到24V或高于24V，此時從站將失去信號輸出能力，導致出現PLC干擾故障。

2.4 外接電源焊接

當焊接過程出現失誤，致使輔助電極與電極沒有焊接緊密，此時需要補焊，而電弧爐無法完成補焊過程，只能通過外接等離子焊機完成焊接過程。焊機在工作過程中，地線接在電極上，焊接時產生大電流，一部分通過電極流經坩堝，流至鎖閥，鎖閥上部profibus總線連接的編碼器，大電流流經此處，立刻會對PLC造成干擾，嚴重時會損壞耐流等級低的元件。經多次觀察，每次在開爐焊接時都會出現PLC報警，并損壞總線接頭。

2.5 元器件的損毀

Prifibus總線接頭的損壞將直接出現PLC信號故障。（見圖2、圖3）

圖2

圖3

元器件的損壞的原因：熔煉過程中爐頭與鎖閥未緊密結合而出現輕微漏電流；開爐爐外焊接時的大電流。

3 排除方法

通過對4臺電弧爐出現PLC干擾進行大量比對與記錄，將總結出的排除方法歸納如下：

（1）確保低壓接地與熔煉電源接地的獨立安裝。

（2）將動力線與信號線盡可能的分離，重新對配電柜進線周圍的電纜放置。

（3）檢查所有從站的工作電壓，調整到最佳工作數值。

（4）禁止進行爐內開爐焊接，防止元器件被大電流擊穿損壞。

（5）檢查所有主站與從站的總線接頭及相關電器元件的接觸。確保所有元件的正常工作。

（6）對每次出現PLC干擾報警的時間，狀態，時長，人員工作狀態等進行記錄并找出規律。

4 結論

通過對4臺電弧爐大量的比對，記錄以及針對性的實驗，發現以下幾點PLC信號干擾的共性：

（1）PLC的干擾與地線系統息息相關，不論是熔煉電源的獨立接地，還是各低壓配電柜內接地，都直接影響PLC信號的傳輸。所以確保設備上所有地線均正確安裝布置為首要工作。

（2）Profibus現場總線的屏蔽層是隔絕外界對其內部信號干擾的最直接的保護，而這屏蔽層同時接到了設備低壓配電系統的接地線上，大多數元器件都是由于漏電流通過地線傳至本元件的屏蔽系統，導致損壞，影響信號的傳輸。

（3）鎖閥是PLC信號干擾最集中的部位，爐頭與鎖閥是否完全密和直接導致是否有漏電流的產生，電流小只會損壞周邊小的帶屏蔽層的元件，電流若很大時則會直接燒毀爐體地線，導致熔煉過程的停止以及大部分電纜的損壞。所以每次熔煉前必須仔細檢查爐頭與鎖閥的密和程度，不能有任何縫隙。

5 結語

電弧爐的PLC信號干擾不會一直消失，即使一階段解決，過一段時間仍會出現，只是干擾源不同，所以需要不斷的對干擾源進行分析記錄，判定干擾源的位置，才能快速準確的解決問題。

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