礦熱爐控制系統中的干擾危害及應對措施淺析

郭亮

摘 要：介紹了礦熱爐控制系統中的幾種常見干擾，闡述了其危害性，并通過具體實踐提出了改進和減小干擾的方法，具有很強的實用性。

關鍵詞：高次諧波；電磁干擾；接地；屏蔽

1 前言

近年來礦熱爐控制系統發展迅速，但隨著控制技術的不斷發展，其干擾問題也愈加嚴重起來，需要引起廣泛的高度重視。

2 礦熱爐系統中常見干擾因素

礦熱爐控制系統的干擾問題較為復雜，根據我公司多年的設計調試經驗，總結出其常見的幾種干擾類型：

（1）電源干擾；（2）傳輸線路干擾；（3）變頻器干擾。

2.1 電源干擾

控制系統中各模塊、信號儀表等均由電網提供電源，而電網受到上級影響時，就會產生高次諧波、噪聲以及振蕩，造成電網電源波形畸變，導致控制系統中串入電網干擾信號。

2.2 傳輸線路干擾

礦熱爐控制系統中各檢測儀表信號由于傳輸距離長，信號傳輸線中總會有外部干擾信號侵入。

首先，信號線受電磁輻射影響，會產生外部感應干擾。此類干擾會引起I/0信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統，還將導致信號間互相干擾，造成邏輯數據變化、誤動和死機等。

其次，當信號線路離產生高次諧波的設備很近時，設備的高次諧波信號將感應耦合到PLC電路中，從而產生內部感應干擾，其分為電磁感應和靜電感應兩種。電磁感應方式就是當交流電流中的高頻成分產生了高頻磁場，高頻磁力線對PLC控制線路產生感應電流，并疊加到控制電流上，形成差模干擾信號。另一種靜電感應方式就是設備輸出的高頻電壓通過線路的分布電容傳給PLC輸入輸出控制電路，共同與大地形成回路，產生共模干擾信號。

2.3 變頻器干擾

礦熱爐控制系統中應用著較多的低壓變頻器（電壓在380～500V），對于變頻器本身，既是干擾源又是被干擾的對象。

2.3.1 作為干擾源

一般的低壓變頻器，其主電路都采用“交-直-交”線路，輸入具有整流電路，輸出用IGBT逆變電路，其輸入電壓是正弦波形，電流是非正弦波形；輸出電壓是非正弦（階梯形）波形，電流近似正弦（SPWM調制）。

而不論輸入輸出均存在非正弦，會產生高次諧波，尤其是輸出影響較大。必須采用一定的防干擾措施，否則會造成嚴重后果。

高次諧波可能造成電容器和電抗器過電流、過熱，發出異響，甚至損壞；使變壓器和電機產生附加損耗、局部過熱，效率下降；使電機產生附加力矩而造成震動增大，轉速不穩，產生抖動；而高次諧波幅值過大會引起控制電器和計算機誤動作，使電子設備工作不穩定，嚴重時甚至無法工作。

2.3.2 作為被干擾源

變頻器在整個礦熱爐控制系統中作為PLC系統Profibus網絡的各個分站與主站進行數據交換，而作為信號的發送和接收者，它就難免受到外部的干擾。

3 礦熱爐系統抗干擾的方法和措施

3.1 抑制電源干擾的措施

由于PLC自身具有很強的抗干擾能力，通常只要將PLC電源與系統動力設備分開配線，就可以有效地抑制來自電源的干擾。但如果遇到電源干擾特別嚴重的情況，則可采用帶屏蔽層的隔離變壓器供電，甚至加接線路濾波器，以抑制從交直流電源侵入的常模和共模瞬變干擾。另外，在有較強干擾源的環境中使用PLC，或對PLC工作可靠性要求特別高時，可將屏蔽層和 PLC浮動的端子接地。

3.2 抑制線路干擾的措施

首先，不同類型的信號要采用不同的電纜傳輸；信號線要做好屏蔽，盡量避免與動力線靠近鋪設，如果必須放入同一電纜槽中，可考慮穿金屬管單獨走線；在信號傳輸長度上盡量縮短，而且輸入輸出線路不要使用同一根信號電纜；電壓信號的傳輸，如果距離較長，一定要選用鎧裝屏蔽電纜。

其次，對于受到電磁干擾十分嚴重的信號，須采用雙絞線代替兩根平行導線。雙絞線中的每個小絞紐環在電磁場下會通過交變的磁通，并在周圍的導體中產生電動勢，相鄰絞紐環中在同一導體上產生的電動勢方向相反，相互抵消，這對電磁干擾起到較好的抑制作用。

再次，在輸入輸出線路連接PLC模塊的端頭，采用信號隔離措施，加裝不同類型的信號隔離器，也能有效的抑制線路信號干擾。

3.3 抑制變頻器干擾的措施

3.3.1 變頻器作為干擾源時可以采取的措施

（1）在變頻器的進線加裝AC電抗器，出線采用DC電抗器或正弦濾波器；

（2）將變頻器和易受干擾設備的電源分開進行供電；

（3）變頻器出線與進線采用屏蔽線，穿金屬管并接地，輸出使用四芯電纜（一芯接地），電機外殼接地，變頻器單獨接地；

（4）電源線和信號線單獨敷設，避免交叉，絕對不能平行敷設；

（5）信號線屏蔽層不能接到電機或變頻器的地，而應該接到控制線路的公共端，必要時可采用零序電抗器、電涌吸收器、電涌抑制器，輸入抑制電抗器等。

3.3.2 變頻器作為被干擾對象時可以采取的措施

變頻器在通訊網絡中進行信號的發送和接收時，需要采取一定措施，以抑制干擾的影響。當其信號為模擬量信號時（如熱電偶信號，熱電阻信號等），建議用屏蔽線連接，且必須單獨占用電線管或電纜槽，不可與其他信號在同一電纜管（或槽）中走線。而信號為低電平的開關信號時（干節點信號），建議采用屏蔽雙絞線（至少用雙絞線）連接，并且也要單獨走線，不可和動力線和大負載信號線在一起平行走線。在礦熱爐控制系統中一般都采用DP專用屏蔽雙絞線，有非常好的抗干擾效果。

4 結語

礦熱爐控制系統中的干擾是一個十分復雜的問題，只有在抗干擾問題中綜合考慮來自于各方面的因素，采取對癥下藥的方法，才能有效地抑制干擾。

參考文獻

[1]天津電氣傳動設計研究所.電氣傳動自動化技術手冊（第二版）[M].北京：機械工業出版社，2005.

（作者單位：大連華銳重工集團股份有限公司）