PLC控制系统干扰现象及其防范对策.doc

PLC控制系统干扰现象及其防范对策瑞 平 电 厂 张继更 曹银彩 二OO八年四月PLC控制系统干扰现象及其防范对策瑞 平 电 厂 张继更 曹银彩 瑞平电厂许多地方都采用了PLC对局部系统的工艺流程和设备保护进行控制，如输煤、化学水处理、电除尘、烟气监测、汽轮机保护等。PLC具有可靠性高和使用方便的特点，但是在实际应用中，还需要提高PLC的抗干扰能力,以保证信号的稳定性和正确性。一、 干扰现象及处理措施1 温度信号显示不正常 电除尘PLC控制系统。在试运初期，所有温度显示正常，而当部分电动机运行后，在操作员站上有6个温度值显示均超量程。经检查机柜接线 ，发现6个均为K分度热电偶信号，超量程现象在变频电动机运行后出现。在设计时考虑采用温度变送器进行毫伏与毫安信号转换，毫安信号送至PLC进行控制。检查热电偶补偿导线热电势约为45mV，变送器量程为(01200)，相应的电流输出应为17.4mA，实际测得输出电流大于20mA，初步判断为温度变送器工作不正常 。重新校验温度变送器一切正常 ，数据均在误差范围内。当再次装入温度变送器后，其依然无法正常使用，说明现场有干扰电压导致温度变送器无法正常工作。采用示波器检查温度变送器直流电源时，发现其负极对地存在40V左右、50Hz交流干扰电压，导致温度变送器无法正常工作。经现场检查发现厂商在进行PLC配线时，未将变频器的强电信号和热电偶的毫伏信号分开布置，均在一个汇线槽内。另外，由于所有的控制、测量公共端均24V负端，从一个开关电源取出，所有信号公共端共用，所以要完全消除干扰电压有一定的难度。通过试验，最终将进口温度变送器更换为成都某公司产品后，温度显示正常。采用抗干扰强的温度变送器是解决干扰的一种方法。2 模拟量信号漂移 电厂化学水处理间采用德国西门子公司制造的PLC作为控制系统，远程控制的综合水泵房采用同轴电缆连接。在水泵运行时，所有模拟量信号的显示值大幅漂移，无法监控。检查机柜接线端子，就地模拟信号在进入PLC采样模件前均正常，数据恒定无波动；模拟量的直流供电正常、恒定。采用信号发生器输入电流信号至PLC采样模件，在操作员站上显示信号稳定，说明有外部干扰进入模块，影响其正常工作。检查直流电源上的交流电压，其负极对地有20V左右、50Hz交流干扰 电压存在。试用隔离器后故障排除。如果全部在模拟量信号上使用隔离器，将导致成本增加。检查发现模拟量信号电缆的屏蔽引出线接至PLC的机柜接地端子上，此接地端子未与接地网连接，而是直接连接在机柜基础地上，这样有可能产生干扰。用电缆将机柜接地端子接至接地网上，信号漂移基本正常。因此，从就地来的模拟量信号应采用屏蔽电缆，接地引至接地网可避免模拟量信号漂移。3 开关量输入信号 (DI)无反应 电厂循环水泵采用PLC作为液压控制碟阀的联锁控制装置。在循环水泵跳闸时，联锁碟阀关闭。在进行远动试验时，从6kV控制柜模拟远方跳闸信号，循环水泵控制DI没有反应 。检查远方信号 ，接点信号已闭合并送至PLC接线端子，在端子上短接 ，DI能够反映其状态。发生该现象的原因应是强干扰信号引起PLC对DI无反应经检查发现，与6 kV控制柜相连接的控制电缆上有90 V交流干扰电压，此强干扰信号造成 PLC无法识别DI。针对上述故障现象，从循环水控制柜取电源作为继电器线圈电压，串联接入6 kV远传接点，其无源接点接至PLC。重新进行远动试验，一切正常 。当控制线路过长且没有采用屏蔽电缆时，采用继电器隔离是解决干扰问题的一种方法。4 接地故障 电厂化学水处理系统采用西门子控制公司制造的 SIMATIC PLC作为控制系统 ，常规仪表数据在操作站上显示均正常，仅HACH分析仪表显示值在操作站上为接地故障。检查接线端子上的电流信号，测量值正常，电缆无接地现象，屏蔽层单端接地，信号地接地处理良好，接地电阻符合技术规范的要求；检查机柜接地 ，接触良好，无松动和锈蚀现象 ；控制系统取自厂用电电源为三相 四线制，接地线正常；就地分析仪表上显示屏的值也正常。检查分析仪表接线盒，发现就地设备电源地线悬空，未做处理。分析仪表的接地是依靠安装支架实现的，是造成PLC显示接地故障的原因。重新将电源中的接地线接入分析仪表接地端子后，操作站上显示数值正常。分析仪表的接地对于数据的准确性很重要，不能只因为面板上的正确显示与输出电流信号的正确而忽视接地。5 其它干扰现象 (1)电厂电除尘输灰系统为避免DI受到干扰，采用220V AC作为控制电源，这样的确能够有效减少干扰，提高控制系统的可靠性。但是，要注意有的设备的接点受到电压等级的限制，如某些执行器的继电器输出接点额定容量是100V AC，如果直接采用220V AC的输入组件，易损坏执行器。解决方法是加装继电器，接点信号经继电器隔离转换后送至PLC。(2)电厂除尘输灰系统采用不间断电源(UPS)作为系统供电。实际运行时，由于供电电源容量不够，在厂用电波动时，UPS不能提供可靠电量，造成除尘输灰系统全部失电。后将UPS仅作为PLC供电电源和工控机的操作电源，PLC的外部供电采用冗余双电源二、防范干扰的对策 在设计制造时已严格考虑了PLC的抗干扰措施，如果在现场还存在干扰问题，应视为特殊情况，仔细检查与设计和安装规程不符之处，并从以下方面进行分析。1、电源 PLC系统的电源总是与整个电厂低压厂用电相连接，各种开关操作、电气设备启停、整流变频设备运行等，都会通过线路传到 PLC电源 ，形成干扰 。在必要时可以考虑安装 UPS或者电源滤波装置，从源头上防止干扰。UPS具有过压、欠压保护功能，以及软件监控和与电网隔离等功能，可以削弱干扰源。在选择UPS时，应注意合适的容量，避免容量不够，造成系统崩溃。2、接地与屏蔽接地是保证系统运行安全、可靠和抑制外部干扰的重要措施。安全接地是为了防止雷击或其他 高电压可能造成设 备的损坏和保护人身安全。要求电子设备的机壳和金属构件等必须与地相连。特别是在电厂某些场所如取水点的设备，位于开阔地，周围无防雷设施，在施工时易忽视安全接地，易造成雷击事故。同样，合理的接地是提高 PLC控制系统抗电磁干扰能力的重要措施之一。在实际施工中，应当按厂家要求将控制系统的接地接至全厂电气接地网上或独立接地网上，其连接方式及接地电阻均应符合设计规定。采用独立接地网时，接地电阻不应大于2Q。屏蔽电缆的屏蔽层均应接地，总屏蔽层及对绞屏蔽层均应接地；全线路屏蔽层应有可靠的电气连续性，当屏蔽电缆经接线盒或中间端子柜分开或合并时，应在接线盒中间的端子柜内将其2端的屏蔽层通过端子连线，同一信号回路或同一线路屏蔽层只允许有1个接地点；信号线 中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地。保证计算机系统单点接地。3、合理布线 如布线工艺不当，使得配线之间存在着互感和分布电容，在进行信号传送时会产生窜扰。为了防止或减少外部配线 的干扰，PLC电源线、IO电源线、输人信号线 、输出信号线、交流线、直流线都应尽量分开布线。开关量信号线与模拟量信号线也应分开布线，且后者应采用屏蔽线，并且将屏蔽层接地。数字传输线也要用屏蔽线，并且要将屏蔽层接地。由于双绞线中电流方向相反，大小相等，可将感应电流引起的噪声互相抵消，故信号线多采用双绞线或屏蔽线。屏蔽线尽可能远离大功率用电设备，特别是变频器；电缆在桥架敷设时，应当避开动力线路，并与之保持一定的距离，单独敷设。若与动力线路不能分开布设时，可使用镀锌管敷设，既可防止干扰，又可保护线路。注意镀锌管应当与接地网连接 。4、合理布置 PLC不能和高压 电器安装在同一个开关柜内，在柜内PLC应远离动力线 （二者之间距离应大于200 mm)。PLC的输出宜采用中间继电器实现对外部 开关 量信号 的隔离。如果受 现场条件限制，输人信号不能和强电电缆有效的隔离，可以使用小型继电器来隔离输人端的开关量信号。控制柜内通常有很多信号线，如果布置不 当造成走线混乱，可能会引起设备误动作，且难于检查。所以，在设计控制柜时应考虑设备分层布置，走线清晰 。制造时，将 PLC的IO线和大功率线分开走线，如条件允许，分槽走线最好，并使其具有尽可能大的空间距离，力求将干扰降到最低限度。 5、合理选择元器件 当输出驱动的负载为感性元件时，对于直流电路应在其两端并联续流二极管，最好采用继电器隔离。在模拟量信号存在干扰时，在接地和屏蔽均无法消除时，可以采用隔离器，隔