燒結(jié)自動(dòng)化系統(tǒng)中的PLC抗干擾設(shè)計(jì)

賴強(qiáng)  張勇

四川省川威集團(tuán)成渝釩鈦科技有限公司燒結(jié)廠四川內(nèi)江 642469

摘要：對(duì)燒結(jié)自動(dòng)化系統(tǒng)中的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)，對(duì)相關(guān)技術(shù)以及周圍的環(huán)境均具有較高的要求，在此前提下，才能實(shí)現(xiàn)抗干擾系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運(yùn)行。本文以某公司自動(dòng)化燒結(jié)系統(tǒng)中的多種PLC抗干擾項(xiàng)目設(shè)計(jì)為例，對(duì)產(chǎn)生干擾的內(nèi)部因素和外部因素分別進(jìn)行分析，并對(duì)相應(yīng)的抗干擾技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)自動(dòng)化系統(tǒng)；PLC抗干擾系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1.引言

我廠的360㎡燒結(jié)自動(dòng)化系統(tǒng)中，應(yīng)用有不同種類的PLC控制系統(tǒng)，且抗干擾系統(tǒng)在生產(chǎn)設(shè)備和控制室中均有安裝。PLC控制系統(tǒng)很容易受到各種因素的干擾，包括內(nèi)部干擾和外部干擾，內(nèi)部干擾的產(chǎn)生和PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成有關(guān)，而外部干擾則是由生產(chǎn)現(xiàn)場的外部環(huán)境所引起的。

2.PLC控制系統(tǒng)概述

首先，在對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行安裝時(shí)，對(duì)于安裝在低壓配室中的PLC柜體，要注意其與具有較強(qiáng)發(fā)熱能力器件之間的距離，以保證PLC柜體能實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)和散熱。雙列安裝擴(kuò)展單元和基本單元時(shí)要注意使其具有大于35mm的間距。為了避免太陽光照射對(duì)PLC柜機(jī)造成影響，要在開關(guān)柜的上下部分設(shè)有百葉窗，用以通風(fēng)，同時(shí)為了PLC能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的絕緣性能，要維持環(huán)境濕度在83%以下。如果PLC柜機(jī)的安裝環(huán)境中存在粉塵、濃霧或者腐蝕性氣體，則需保證安裝PLC柜機(jī)的控制柜具有良好的密閉性，同時(shí)還要在室內(nèi)配有空氣凈化器。要避免會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈震動(dòng)的設(shè)備和PLC柜機(jī)近距離接觸，PLC柜體的防護(hù)等級(jí)也要高于IP60。

3.接地的抗干擾設(shè)計(jì)

在燒結(jié)廠中，因?yàn)榇嬖谳斎胙b置產(chǎn)生的濾波以及電纜分布電容等，會(huì)對(duì)PLC控制系統(tǒng)造成一定的影響。因此，PLC控制系統(tǒng)在接地方式的選擇方面更適合直接點(diǎn)接地的方式，即分別用接地線將各個(gè)PLC柜體的中心接地點(diǎn)引到接地極。但是，在不同裝置間具有較大距離的情況下，應(yīng)該選擇串聯(lián)的接地形式，即將不同PLC柜體的中心接地點(diǎn)用絕緣電纜進(jìn)行串聯(lián)，再將其與接地極進(jìn)行連接。在對(duì)信號(hào)源進(jìn)行接地保護(hù)時(shí)，要在信號(hào)側(cè)對(duì)屏蔽層進(jìn)行接地，如果信號(hào)線上存在其他接頭，為了防止出現(xiàn)多個(gè)點(diǎn)接地的情況，則應(yīng)提高屏蔽層的穩(wěn)固性，并做好絕緣處理。對(duì)多個(gè)測點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行連接時(shí)，要加強(qiáng)不同屏蔽層之間的連接，做好絕緣處理，同時(shí)還要對(duì)接地的位置進(jìn)行合理的選擇。

4.外部配線的抗干擾設(shè)計(jì)

如果I/O信號(hào)線的長度比較大，為了減少受到的干擾，信號(hào)傳輸過程中，電流大小應(yīng)控制在5~18mA；在布線過程中，要對(duì)數(shù)字傳輸線和模擬量信號(hào)線分別進(jìn)行接地保護(hù)，并對(duì)其屏蔽層做好接地處理；如果需要進(jìn)行電纜敷設(shè)或者進(jìn)行遠(yuǎn)距離的配線工作，為了減小工作難度，控制系統(tǒng)可以選用I/O遠(yuǎn)程站控制方式；進(jìn)行配線工作時(shí)，如果距離超過28m，就需要為輸出信號(hào)和輸入信號(hào)分別準(zhǔn)備電纜，如果輸出輸入信號(hào)有直流和交流的區(qū)分，則也要分別為其準(zhǔn)備各自專用的電纜；接線架之間如果處于平行狀態(tài)，則各個(gè)接線架至少要保持320㎜的間隔距離；如果信號(hào)電纜選用的是多芯的，則不能對(duì)控制線與I/O線應(yīng)用相同的一條電纜；在自動(dòng)化燒結(jié)系統(tǒng)中，雙絞線具有十分廣泛的應(yīng)用，通常是作為信號(hào)電纜，在雙線傳輸通道進(jìn)行應(yīng)用，一根作為返回通道，另一根則對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳輸。在對(duì)雙絞線進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，要注意只使一端接地，也就是說，對(duì)信號(hào)端進(jìn)行接地處理。

5.電源部分的抗干擾設(shè)計(jì)

動(dòng)力變壓器中的電源發(fā)生波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致頻率發(fā)生波動(dòng)、電壓畸變以及毛刺等不良現(xiàn)象，對(duì)I/O模塊以及PLC控制系統(tǒng)均會(huì)產(chǎn)生干擾。為此，可以通過以下設(shè)計(jì)減少電源部分產(chǎn)生的干擾。首先，為了保證供電電源的可靠安全性，對(duì)PLC控制系統(tǒng)使用不間斷供電的在線式電源，同時(shí)在PLC 控制系統(tǒng)中的主控器部分，通過冗余電源的應(yīng)用以確保PLC控制系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。其次，為了避免控制器供電在輸出和輸入供電發(fā)生斷電現(xiàn)象時(shí)不會(huì)受到影響，可以對(duì)I/O系統(tǒng)和PLC控制器在獨(dú)立于主電源的同時(shí)，分別對(duì)其設(shè)置專用的隔離變壓器。

最后，可以對(duì)I/O系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)加裝開關(guān)型的穩(wěn)壓電源，確保供電電壓能夠保持穩(wěn)定，避免在電網(wǎng)運(yùn)行過程中大容量的設(shè)備發(fā)生起停時(shí)，電網(wǎng)電壓因其而產(chǎn)生的較大波動(dòng)；加裝隔離變壓器，對(duì)次級(jí)繞線組和初級(jí)繞線組做好屏蔽層設(shè)置，其中，次級(jí)屏蔽層和其與初級(jí)繞組之間的屏蔽層要與直流端相連，而初級(jí)繞組屏蔽層則與交流電網(wǎng)中的接地線相接；加裝濾波器能夠有效對(duì)電源線到PLC控制系統(tǒng)中傳遞的干擾信號(hào)進(jìn)行抑制。

6.軟件抗干擾的設(shè)計(jì)

燒結(jié)自動(dòng)化系統(tǒng)中，應(yīng)用到PLC抗干擾系統(tǒng)中的軟件技術(shù)主要包括軟件容錯(cuò)與數(shù)字濾波，這些抗干擾軟件技術(shù)需要使用資源比較少、且在設(shè)計(jì)和修改過程中的難度也不大，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。軟件容錯(cuò)主要包括以下三方面的內(nèi)容。一是軟件延時(shí)，可以對(duì)偶發(fā)干擾進(jìn)行有效消除，其具體應(yīng)用過程是在讀取波動(dòng)性較高的信號(hào)時(shí)，可以利用軟件對(duì)其進(jìn)行20ms的延時(shí)操作，進(jìn)而多次對(duì)信號(hào)進(jìn)行讀取，提高讀取結(jié)果的準(zhǔn)確性。二是程序的復(fù)執(zhí)技術(shù)，如果程序運(yùn)行途中，有緊急故障發(fā)生，就可以對(duì)受到干擾的指令進(jìn)行多次執(zhí)行操作，如果復(fù)執(zhí)成功即說明是受到干擾，復(fù)執(zhí)失敗則會(huì)進(jìn)行報(bào)警。三是處理死循環(huán)，即通過對(duì)死循環(huán)利用程序進(jìn)行分析判斷，確定死循環(huán)的發(fā)生是因?yàn)榇我�故障還是主要故障所引起的，進(jìn)而做出對(duì)相應(yīng)的子程序進(jìn)行處理或者停機(jī)的命令。

7.輸出信號(hào)和輸入信號(hào)抗干擾的設(shè)計(jì)

在具有較大干擾的位置，對(duì)控制對(duì)象安裝I/O模塊系統(tǒng)時(shí)，絕緣型系統(tǒng)具有更好的性能。本系統(tǒng)在信號(hào)抗干擾方面主要進(jìn)行了以下幾項(xiàng)設(shè)計(jì)。首先，針對(duì)AI信號(hào)，在AI模塊中的所有輸入通道中，都增設(shè)了信號(hào)隔離器，利用半導(dǎo)體器件對(duì)通過PLC控制器接收到的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制變換，然后對(duì)其進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，這一過程主要是通過磁感器件或者光感器件所實(shí)現(xiàn)的，再對(duì)其進(jìn)行解調(diào)，使其轉(zhuǎn)換成不同的信號(hào)或者隔離之前的信號(hào)，并對(duì)經(jīng)過隔離處理之后的信號(hào)電源加以隔離。此設(shè)計(jì)能夠確保地面和電源以及經(jīng)過轉(zhuǎn)換的信號(hào)保持彼此之間的獨(dú)立性，使干擾信號(hào)消除。

其次，針對(duì)DI信號(hào)，如果在DI模板的輸入通道中有干擾源進(jìn)入，會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，情況嚴(yán)重的話，甚至?xí)�發(fā)生燒毀事故。為此，可以將隔離繼電器加裝到通道中。為了確保采集信號(hào)過程中的準(zhǔn)確性，在重要的檢測點(diǎn)位置可以采取通道冗余技術(shù)。最后，針對(duì)DO信號(hào)，為了防止因?yàn)閷?duì)負(fù)載直接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使得感性負(fù)載中出現(xiàn)浪涌電壓，最終對(duì)輸出信號(hào)造成嚴(yán)重的干擾，可以將中間繼電器增設(shè)在輸出通道之中。

結(jié)語

為了確保PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)行高效穩(wěn)定，符合相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和工藝要求，對(duì)其進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)十分重要。但是由于PLC抗干擾系統(tǒng)本身具有的高復(fù)雜性，要保證抗干擾質(zhì)量以及PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運(yùn)行，在進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)之前，要對(duì)PLC控制系統(tǒng)的周邊環(huán)境進(jìn)行全面深入的了解和分析，明確具體的干擾來源和干擾性質(zhì)，進(jìn)而有針對(duì)性地采取有效的抗干擾措施。

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