发电厂plc控制系统的抗干扰措施

发电厂plc控制系统的抗干扰措施
摘要：随着发电厂综合自动化技术的迅猛发展, 以PLC 为控制的二次弱电设备在水电站得以广泛应用, 由于PLC 大都处于各种电磁环境中, 很容易受到电磁干扰而不能正常工作, 给电厂安全可靠运行带来重要影响。

因此, 采取可靠有效的PLC 抗干扰措施, 对提高电厂的安全稳定运行水平至关重要。

关键词：发电厂，PLC，控制系统，抗干扰
前言：
本文针对发电厂中PLC 控制系统普遍存在的干扰问题, 分析了PLC 控制系统干扰信号的来源, 对发电厂中PLC 控制系统从隔离、电源、输出端、安装与布线等几方面, 提出了一些抗干扰措施, 以此提高电力系统中PLC的抗干扰能力和可靠性。

PLC的干扰源分析
PLC 作为一种自动化程度高、配置灵活的工业生产过程控制装置, 因其本身的高可靠性, 在自动控制领域中得到广泛应用。

但PLC 控制系统本身也存在薄弱环节(在I/0端口) , 虽然该系统具有与现场可靠的隔离和端口之间的隔离以及端口输入、输出信号与总线信号之间的隔离, 但由于PLC 的应用场合越来越广, 应用环境越来越复杂,所受到的干扰也越来越多。

发电厂的空间存在极强的电磁场, 发电机电压高达数千伏, 电流高达数百安甚至数千安, 开关站的输出电压高达数十千伏或数百千伏。

由于现场条件的限制(如设计原因或老设备的改造等) , 有时百米长的强电和PLC的信号电缆不能有效分隔, 甚至只能敷设在同一电缆沟或电缆桥架内, 高电压、大电流接通和断开时产生的强电干扰, 可能会在PLC 输入线上产生很强的感应电压和感应电流, 足以使PLC 输入端的光电耦合器中的发光二极管发光, 使光电耦合器的抗干扰作用失效, 导致PLC 误动作、程序紊乱、装置死机等。

干扰信号除了经PLC 的输入端侵入PLC外, 也可能经PLC 的电源侵入PLC。

同时, 系统内部元器件及电路间也会相互产生电磁辐射, 存在来自于PLC 系统内部的干扰。

如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响, 模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。

各种形式的干扰, 都可能使系统不能正常工作, 因此研究PLC 控制系统干扰信号的来源、成因及抑制措施, 对于提高PLC控制系统的抗干扰能力和可靠性具有重要作用。

PLC 抗干扰措施
1. 抗干扰的隔离措施
PLC 内部采用光电耦合器、输出模块中的小型继电器和光电可控硅等器件来实现对外部开关量信号的隔离, PLC 的模拟量I/ O 模块一般也采取了光电耦
合的隔离措施。

这些器件除了能减少或消除外部干扰对系统的影响外, 还可以保护CPU 模块, 使之免受从外部窜入PLC 的高电压的危害, 因此一般没有必要在PLC 外部再设置抗干扰隔离器件。

如果PLC 输入端的光电耦合器不能有效地抵抗干扰, 可以用小型继电器来隔离发电站中用长线引入PLC 输入端的开关量信号。

光电耦合器中发光二极管的工作电流仅数毫安, 而小型继电器的线圈吸合电压为数十伏, 强电干扰信号通过电磁感应产生的能量一般不可能使隔离用的继电器吸合。

有的系统需要使用外部信号的多对触点, 例如一对触点用来给PLC 提供输入信号, 一对触点用来给上位计算机提供开关量信号, 一对触点用于指示灯, 使用继电器转接输入信号既能提供多对触点, 又实现了对强电干扰信号的隔离。

PLC 来自开关柜内的输入信号和距开关柜不远的输入信号一般没有必要用继电器来隔离。

为了提高抗干扰能力, PLC 的外部信号、PLC和计算机之间的串行通信线路也可以用光纤或带光电耦合器的通信接口来隔离, 在要求防火、防爆的环境更适于采用这种方法。

2. 电源措施
电源是干扰侵入PLC 的主要途径之一。

电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的,各种大功率用电、发电设备是主要的干扰源。

如果PLC 使用交流电源, 在干扰较强或对可靠性要求很高的场合, 可以在PLC 的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器。

隔离变压器可以抑制窜入的外来干扰, 提高抗高频共模干扰能力, 但屏蔽层应可靠接地。

输出端的可靠性措施
继电器输出模块的触点工作电压范围宽, 导通压降小, 与晶体管型和双向可控硅型模块相比, 承受瞬时过电压和过电流的能力较强, 但是动作速度较慢。

系统输出量变化不是很频繁时, 一般选用继电器型输出模块。

PLC 输出模块内的小型继电器的触点很小, 断弧能力很差, 不能直接用于发电站的DC220 V 电路中, 必须用PLC 驱动外部继电器, 用外部继电器的触点驱动DC220 V 的负载。

断开直流电路要求较大的继电器触点, 接通同一直流电路可用较小的触点。

选择外接的继电器时, 应仔细分析是用PLC 来控制接通还是断开外部回路。

例如水电站中用得较多的DC220 V 电磁阀,其内部有与其线圈串联的限位开关常闭触点, 电磁阀线圈通电, 阀芯动作后, 是用阀内部的触点来断开电路的。

在这种情况下, 可以选用触点较小的小型继电器来转接PLC 的输出信号。

安装与布线措施
开关量信号(如按钮、限位开关、接近开关、行程开关、压力控制器等提供的信号)一般对信号电缆无严格要求, 可选用一般的铜芯多股电缆,信号传输距离较远时, 可选用屏蔽电缆或光纤。

模拟信号(如油压力开关、流量开关等提供的信
号)应选择屏蔽电缆。

通信电缆要求可靠性高,有的通信电缆的信号频率很高, 一般应选用PLC生产厂家提供的专用电缆; 在要求不高或信号频率较低时, 也可以选用带屏蔽的双绞线电缆。

PLC 应远离强干扰源, 如大功率可控硅装置、高频大功率焊机和大型动力设备等。

PLC不能与高压电器安装在同一个开关柜内, 若在柜内PLC 应远离动力线(二者之间的距离应大于200mm)。

与PLC 装在同一个开关柜内的电感性元件, 如继电器、接触器的线圈, 应并联RC消弧电路。

PLC 的I /O 线与大功率动力线应分开走线, 如大金坪电站设计的电缆桥架模式, 若要在同一线槽中布线,信号线应使用屏蔽电缆。

交流线与直流线应分别使用不同的两根电缆, 开关量、模拟量I/O线应尽量分开敷设, 后者应采用屏蔽线。

不同类型的线应分别装入不同的电缆管或电缆槽中, 使其有尽可能大的空间距离。

如果模拟量输入/输出信号距离PLC 较远, 应采用4mA ~ 20mA 的电流传输方式, 不宜采用DC24V电压传输方式。

传送模拟信号的屏蔽线, 其屏蔽层应一端接地, 为了泄放高频干扰, 数字信号线的屏蔽层应并联电位均衡线,其电阻应小于屏蔽层电阻的1 /10, 并将屏蔽层两端接地。

如果无法设置电位均衡线, 或只考虑抑制低频干扰时, 也可一端接地。

不同的信号线最好不用同一个插接件转接, 如必须用同一个插接件, 要用备用端子或地线端子将其分隔开, 以降低相互干扰。

结束语：
PLC 控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题, 发电厂在抗干扰设计或技术改造中应综合考虑各方面的因素, 只有合理有效地抑制干扰, 才能够使PLC控制系统正常工作。

参考文献：
[1] 汤媛;PLC控制系统产生干扰的原因及抗干扰措施[J];石油化工建设;2005年03期。