煤礦井下PLC防干擾的處理措施

周鵬程 伍彬

（中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

煤礦井下PLC防干擾的處理措施

周鵬程 伍彬

（中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

井下生產(chǎn)環(huán)境惡劣，電氣設(shè)備供應(yīng)廠商參差不齊，電磁兼容性差，PLC控制器在這種環(huán)境下容易出現(xiàn)誤動(dòng)作，危害人身財(cái)產(chǎn)安全。介于此，提出處理措施以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際案例。

PLC；抗干擾；電磁兼容性

概述

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，PLC的功能也越來(lái)越強(qiáng)，使用越來(lái)越方便，取代了繁雜的繼電控制電路，廣泛應(yīng)用于煤礦井下各生產(chǎn)場(chǎng)所，而PLC系統(tǒng)抗干擾能力、可靠性直接關(guān)聯(lián)礦井生產(chǎn)安全。加之變頻器的大力推廣，工作中大多數(shù)PLC處于整流設(shè)備、交直流互換設(shè)備、電壓調(diào)整設(shè)備和非線性大功率頻繁啟動(dòng)設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境。目前，PLC供應(yīng)商皆已按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性，要提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性，只有在安裝時(shí)和平常維護(hù)使用中多下功夫，才能有效解決問(wèn)題。

1 井下常見的電磁干擾以及處理措施

1.1 通過(guò)電源對(duì)PLC形成的干擾

如礦井高壓開關(guān)操作浪涌，礦井主排水泵、局部通風(fēng)機(jī)、皮帶等大型電力設(shè)備起停和變頻絞車運(yùn)行引起的諧波，供電配電系統(tǒng)的短路沖擊等都通過(guò)輸電線路傳到電源原邊，污染電網(wǎng)。PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電，因此由電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多。

電源干擾的處理措施：

變頻器干擾屬于最典型的電源干擾，變頻器啟動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生諧波，引起電網(wǎng)電壓、電流畸變侵入電網(wǎng)，變頻器的輸出會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射。礦井變頻器廣泛應(yīng)用，不采取合理的抗干擾措施，將影響PLC的正常工作。PLC電源通常采用隔離電源，但制造工藝等因素使其隔離性并不理想。由于分布電容的存在，絕對(duì)隔離是不可能的。

通過(guò)使用屏蔽電纜，再在電源輸入端安裝一臺(tái)帶屏蔽層的變比為1：1的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。電源高頻諧波比較嚴(yán)重時(shí)還可以在隔離變壓器前串接LC低通濾波電路。若生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有變頻器，需要在變頻器到電動(dòng)機(jī)之間再加裝電抗器，增加交流電抗器主要是減少變頻器輸出在能量傳輸過(guò)程中線路產(chǎn)生電磁輻射，如圖1所示。

圖1

1.2 PLC信號(hào)輸入線引人的干擾

PLC控制系統(tǒng)的控制器輸入接口連接的各類信號(hào)線在傳送各類有效的信息時(shí)，干擾信號(hào)也接踵而至。其中一種干擾由傳感器或者信號(hào)儀表的供電電源串入造成，另一種干擾則由線纜受空間電磁輻射感應(yīng)引起。這類信號(hào)線引入的干擾會(huì)引起PLC的I/O信號(hào)異常。

信號(hào)線引入干擾的處理措施：

除了動(dòng)力線、控制線以及PLC的電源線和I/O線應(yīng)分別配線，PLC的I/O線和大功率線分開走線以外，在PLC輸入端和輸出端中間使用信號(hào)隔離電路板是最佳辦法，其原理是將即將傳入PLC的信號(hào)，通過(guò)半導(dǎo)體器件調(diào)制變換，然后通過(guò)光感或磁感器件進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，然后再進(jìn)行解調(diào)變換回隔離前原信號(hào)或不同信號(hào)，同時(shí)對(duì)隔離后信號(hào)的供電電源進(jìn)行隔離處理。保證變換后的信號(hào)、電源、地之間絕對(duì)獨(dú)立。如光電耦合電路。

1.3 不合理接地系統(tǒng)的干擾

在PLC控制系統(tǒng)中，由于各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，形成共模噪聲，影響系統(tǒng)正常工作。此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場(chǎng)的作用下，屏蔽層內(nèi)會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過(guò)屏蔽層與芯線之間的耦合干擾信號(hào)回路。若系統(tǒng)地與其他接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。電氣設(shè)備正確的接地能提高電磁兼容性，然而錯(cuò)誤的接地會(huì)引入干擾和發(fā)出干擾。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)由于設(shè)備安裝批次不同，沒(méi)有進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)，錯(cuò)誤接地現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

針對(duì)不合理接地的處理措施：

正確選擇接地點(diǎn)，完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。PLC控制系統(tǒng)屬于高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。由于信號(hào)電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號(hào)交換頻率一般都低于1MHz，所以PLC控制系統(tǒng)的接地線一般采用一點(diǎn)接地圖2（a），也可以與其他設(shè)備公共接地圖2（b），但嚴(yán)禁與其他設(shè)備串連接地圖2（c）。集中布置的PLC系統(tǒng)適于并聯(lián)一點(diǎn)接地方式，各裝置的防爆殼中心接地點(diǎn)以單獨(dú)的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應(yīng)采用串聯(lián)一點(diǎn)接地的方式，即用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點(diǎn)，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于20mm2的銅導(dǎo)線，總母線使用截面大于60mm2的銅排。接地極的接地電阻應(yīng)小于2Ω，而且PLC系統(tǒng)的接地點(diǎn)必須與強(qiáng)電設(shè)備的接地點(diǎn)相距10m以上。

圖2

2 礦井絞車房擋車欄PLC受干擾的處理案例

2.1 故障現(xiàn)象

擋車欄采用3臺(tái)臺(tái)達(dá)PLC，通過(guò)主從站通訊控制提升斜坡?lián)踯嚈诘纳咸帷⑾路牛渲兄髡景惭b在絞車房?jī)?nèi)，其余兩臺(tái)從站安裝在斜坡。在使用過(guò)程中，變頻機(jī)啟動(dòng)時(shí)，主站PLC輸出信號(hào)閃爍。經(jīng)分析，認(rèn)為是PLC受到變頻器諧波干擾的緣故。經(jīng)查主站PLC電源和變頻器電源共用同一臺(tái)饋電開關(guān)。

2.2 處理措施

（1）重新安裝一臺(tái)照明信號(hào)綜保開關(guān)，將主站PLC電源接入綜保。

（2）電源線使用屏蔽電纜。

（3）主站PLC防爆箱內(nèi)加裝1：1隔離變壓器。

（4）通訊線路的露出線頭盡量短，并且保證未屏蔽的部分盡量短。

3 結(jié)語(yǔ)

PLC控制系統(tǒng)的干擾是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，這里對(duì)煤礦井下常見的電磁干擾進(jìn)行了闡述，并提出了處理措施。在今后處理此類問(wèn)題時(shí)，可能會(huì)有多種干擾源同時(shí)作用，要結(jié)合實(shí)際情況，仔細(xì)分析，方能使PLC控制系統(tǒng)正常工作。

[1]廖常初.PLC編程及應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版，2003.

[2]鐘肇新.可編程序控制器原理及應(yīng)用.華南理工大學(xué)出版社，2001.

[3]湯以范.電氣與可編程序控制器技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

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1004-7344（2016）14-0170-02

2016-4-28