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分公司 重慶 400052）

井下生產環境惡劣，電氣設備供應廠商參差不齊，電磁兼容性差，PLC控制器在這種環境下容易出現誤動作，危害人身財產安全。介于此，提出處理措施以及現場實際案例。

PLC；抗干擾；電磁兼容性

概述

隨著科學技術發展，PLC的功能也越來越強，使用越來越方便，取代了繁雜的繼電控制電路，廣泛應用于煤礦井下各生產場所，而PLC系統抗干擾能力、可靠性直接關聯礦井生產安全。加之變頻器的大力推廣，工作中大多數PLC處于整流設備、交直流互換設備、電壓調整設備和非線性大功率頻繁啟動設備所形成的惡劣電磁環境。目前，PLC供應商皆已按照行業標準生產，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性，要提高PLC控制系統的可靠性，只有在安裝時和平常維護使用中多下功夫，才能有效解決問題。

1 井下常見的電磁干擾以及處理措施

1.1 通過電源對PLC形成的干擾

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

電源干擾的處理措施：

變頻器干擾屬于最典型的電源干擾，變頻器啟動及運行過程中產生諧波，引起電網電壓、電流畸變侵入電網，變頻器的輸出會產生較強的電磁輻射。礦井變頻器廣泛應用，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，絕對隔離是不可能的。

通過使用屏蔽電纜，再在電源輸入端安裝一臺帶屏蔽層的變比為1：1的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾。電源高頻諧波比較嚴重時還可以在隔離變壓器前串接LC低通濾波電路。若生產現場有變頻器，需要在變頻器到電動機之間再加裝電抗器，增加交流電抗器主要是減少變頻器輸出在能量傳輸過程中線路產生電磁輻射，如圖1所示。

圖1

1.2 PLC信號輸入線引人的干擾

PLC控制系統的控制器輸入接口連接的各類信號線在傳送各類有效的信息時，干擾信號也接踵而至。其中一種干擾由傳感器或者信號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引起。這類信號線引入的干擾會引起PLC的I/O信號異常。

信號線引入干擾的處理措施：

除了動力線、控制線以及PLC的電源線和I/O線應分別配線，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隔離電路板是最佳辦法，其原理是將即將傳入PLC的信號，通過半導體器件調制變換，然后通過光感或磁感器件進行隔離轉換，然后再進行解調變換回隔離前原信號或不同信號，同時對隔離后信號的供電電源進行隔離處理。保證變換后的信號、電源、地之間絕對獨立。如光電耦合電路。

1.3 不合理接地系統的干擾

在PLC控制系統中，由于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，形成共模噪聲，影響系統正常工作。此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內會出現感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合干擾信號回路。若系統地與其他接地處理混亂，所產生的地環流就可能在地線上產生不等電位分布，影響PLC內邏輯電路和模擬電路的正常工作。電氣設備正確的接地能提高電磁兼容性，然而錯誤的接地會引入干擾和發出干擾。生產現場由于設備安裝批次不同，沒有進行合理化設計，錯誤接地現象時有發生。

針對不合理接地的處理措施：

正確選擇接地點，完善的接地系統是PLC控制系統抗電磁干擾的重要措施之一。PLC控制系統屬于高速低電平控制裝置，應采用直接接地方式。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低于1MHz，所以PLC控制系統的接地線一般采用一點接地圖2（a），也可以與其他設備公共接地圖2（b），但嚴禁與其他設備串連接地圖2（c）。集中布置的PLC系統適于并聯一點接地方式，各裝置的防爆殼中心接地點以單獨的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應采用串聯一點接地的方式，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，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于20mm2的銅導線，總母線使用截面大于60mm2的銅排。接地極的接地電阻應小于2Ω，而且PLC系統的接地點必須與強電設備的接地點相距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 故障現象

擋車欄采用3臺臺達PLC，通過主從站通訊控制提升斜坡擋車欄的上提、下放，其中主站安裝在絞車房內，其余兩臺從站安裝在斜坡。在使用過程中，變頻機啟動時，主站PLC輸出信號閃爍。經分析，認為是PLC受到變頻器諧波干擾的緣故。經查主站PLC電源和變頻器電源共用同一臺饋電開關。

2.2 處理措施

（1）重新安裝一臺照明信號綜保開關，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 結語

PLC控制系統的干擾是一個復雜的問題，這里對煤礦井下常見的電磁干擾進行了闡述，并提出了處理措施。在今后處理此類問題時，可能會有多種干擾源同時作用，要結合實際情況，仔細分析，方能使PLC控制系統正常工作。

[1]廖常初.PLC編程及應用.機械工業出版，2003.

[2]鐘肇新.可編程序控制器原理及應用.華南理工大學出版社，2001.

[3]湯以范.電氣與可編程序控制器技術.機械工業出版社，2004.

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1004-7344（2016）14-0170-02

2016-4-28