焦炉生产中PLC干扰及解决方法.pdf

2 0 1 3年第 3 期 总 第 1 5 7期 冶 金 动 力 ME T A L L U R G 】 C A L翻 R 8 1 焦炉生产中 P L C干扰及解决方法 张华平 江苏沙钢集团焦化厂， 江苏张家港 2 1 5 6 2 5 【 摘要】 对影响 P L C控制系统稳定性的主要干扰源、 成因进行了分析。 从干扰源的各个方面进行分析， 研 究探讨提高 P L C控制系统抗干扰能力的方法和措施。实践证明， 这些方法和措施对提高 P L C控制系统抗干扰 能力具有普遍意义和实用价值。 【 关键词】 P L C ； 干扰分析； 解决方法 【 中图分类号】 T P 2 7 【 文献标识码】B 【 文章编号】 1 0 0 6 ～ 6 7 6 4 2 0 1 3 0 3 0 0 8 1 0 3 P LC I n t e r f e r e n c e i n Co k e Ov e n P r o d u c t i o n a n d S o l v i n g M e t h o d s Z HANG Hu a p i n g C o k e P l a n t ， 删G r o u p C o ． ，L td ．，Z g i io g a n g ,J i a n g s u 2 1 5 6 2 5 ,C h i n a 【 Ab s t r a c t 】 T h e ma i n i n t e r f e r e n c e o f a f f e c t i n g s t a b i l i t y o f t h e P L C c o n t r o l s y s t e m a n d t h e c a u s e s a r e a n a l y z e d f r o m v a r i o u s a s p e c t s ．Th e wa y s a n d me a s u r e s t o i mp r o v e a n t i i n t e r f e r e n c e c a p a c i t y o f t h e P L C c o n t r o l s y s t e m are s t u d i e d ．T h e p r a c t i c e p r o v e s t h a t t h e s e s w a y s a n d me a s u r e s h a v e u n i v e r s a l s i g n i f i c a n c e a n d p r a c t i c a l v a l u e f o r i mp r o v i n g a n t i - i n t e rfe r e n c e c a p a c i t y o f t h e P L C c o n t r o l s y s t e m． 【 K e y w o r d s ] P L C ； in t e r f e r e n c e a n a l y s i s ； s o lv i n g m e th o d 1 概 述 沙钢焦化厂 目前有 6 m焦 炉 6座 ， 7 ． 6 3 m焦 炉 2座 ， 焦炭年产量达 5 3 0万 t ， 配套备煤 、 化产回 收、 干熄焦装置及余热发电设施。P L C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， 因为其本身的高可靠性、 允许在较为恶劣的环境下 工作而在自动控制领域中得到广泛应用。目前在沙 钢焦化厂应用的P L C系统有 1 0 0 余套 ， 有西门子、 施耐德、 A B B 、 横河、 安川等众多品牌， 控制设备覆盖 着沙钢焦化厂的每个角落。 在广泛使用 P L C应用的 同时， 也发现了P L C 控制系统中， 其薄弱环节在 I ／0 端口， 虽然其 1 ,0端口具有一定的隔离、 滤波作用， 但由于 P L C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。 因此 ， 研究 P L C控 制系统干扰信号的来源、 成 因并采取针对性抑制措 施，对于提高 P L C控制系统的抗干扰能力和可靠 性， 以及实现高效节能生产具有重要作用。 2 P L C受干扰的原因及危害 P L C在大型焦炉生产各种工艺流程中都有应 用， 产品型号很多， 功能差别很大， 有功能强大的大 中型可编程控制器 ， 如西门子公司的 s 7 _ _ 4 0 0系列 产品 、 施耐德公司的昆腾 6系列产品等 ， 它们具有 很强的通讯能力 ， C P U的处理速度很快 ，沙钢焦化 生产中较多应用 ， 如焦炉控制系统 、 化产回收、 干熄 焦控制系统、 发 电控制系统 ； 也有小型的 P L C， 常用 于单机设备控制、 过程仪表分析系统、 自动加药装 置中应用， 它们通过通用逻辑控制模块来代替定时 器、 继电器、 时钟和接触器等功能， 多应用在输入输 出点数不多的单机设备J『顶 序控制的场合。 生产中， 现场引起 P L C干扰的原因很多， 其原 因基本上是电流改变产生磁场 ， 对设备产生电磁辐 射 磁场改变产生电流， 产生电磁波。由信号引入干 扰会引起 I ／ O信号工作异常，严重时将引起元器件 损伤， 如 P L C系统 le o模件损坏。 对于隔离性能差的 系统 ， 还将导致信号间互相干扰， 引起共地系统总 线回流， 造成逻辑数据变化、 误动作和死机。在现场 中主要有以下几种情况可产生干扰 ，即强电干扰 、 柜内干扰、 信号线的干扰、 接地系统混乱的干扰和 变频器干扰。 1 强电干扰 在柜外布线时 在电缆沟、 电缆桥架、 穿管等敷 设方式1 ，信号电缆和动力电缆应分布在不同层， 不 允许平行敷设， 防止强电通过电磁耦合对信号线路 产生干扰。 如将变频器电缆和 P L C控制系统的仪表 冶 金动 力 ME TA I ．1 】RGI CA L P OW E R 2 0 1 3 年第 3 期 总第 1 5 “ ／期 信号线放在同一桥架里， 造成控制系统无法运行 ， 只 好重新敷设的事情以前时有发生 ，随着电气人员对 此问题的重视 ， 现在已较少发生此类事件。 f 2 柜内干扰 P L C设备不能和高压电器安装在同一个开关柜 内， 在柜内P L C应远离高压动力线 。与 P L C装在同 一 个柜子内的电感性负载 ，如继电器、接触器的线 圈， 应并联 R C消弧电路。同时， 控制柜内的有很多 信号线， 检查起来却相当麻烦。 所以要求在控制柜设 计时要设备分层摆放 ， 走线清晰。如条件允许 ， 应分 槽走线 ， 并使其有尽可能大的空间距离 ， 力求将干扰 降到最低限度。 3 1 信号线的干扰。 信号线 的干扰主要是来 自空间的电磁辐射 ， 有 差模干扰和共模干扰两种。差模干扰是指叠加在测 量信号线上的干扰信号，这种干扰大多是频率较高 的交变信号 ， 其来源一般是耦合干扰。 可在输入 回路 接R C滤波器或双T滤波器进行抑制。 或者， 将电压 信号转换成电流信号再传输。共模干扰是指信号线 上共有的干扰信号，一般是由被测信号的接地端与 控制系统的接地端存在一定的电位差引起的，一般 采用输人线采用绞合线， 因其感应互相抵消， 能降低 共模干扰 。 4 1 接地系统混乱造成干扰 P L C控制系统的正确接地是非常重要 的。正确 的接地， 不但能抑制电磁干扰的影响， 又能抑制设备 向外发出干扰； 而错误的接地， 反而会引入严重的干 扰信号， 使 P L C系统无法正常工作。P L C控制系统 的地线包括系统地 、 屏蔽地 、 交流地和保护地等。各 个接地点电位分布不均 ，不同接地点间存在地电位 差 ， 引起地环路电流 ， 影响系统正常工作。 f 5 1 变频器干扰 焦炉生产中广泛引进了变频器的使用，如焦炉 四大车走行、 干熄焦提升机动作、 备煤筒仓圆盘给料 器等采用变频控制。变频器启动及运行过程中产生 的谐波引起电网电压畸变 ，影响 P L C工作 电源质 量；同时变频器的输出会产生的较强的电磁辐射干 扰， 对P L C的I ／ 0端口 有影响。 随着变频器在焦炉生 产中的应用越来越多， 其对 P L C的干扰问题也越来 越突出。 3 P I． ．C的抗干扰措施 尽管 P L C系统内部元器件及电路间的相互电 磁辐射产生干扰， 但是多数产品对此已有防范措施， 其干扰可以忽略不计。因此主要考虑来 自系统外部 的几种干扰源并采取相应抑制措施。主要包括 对 P L C系统及外引线进行屏蔽 以防空间辐射 电磁干 扰； 对外引线进行隔离、 滤波 ， 特别是动力电缆 ， 要分 层布置 ， 以防通过外引线引入传导电磁干扰 ； 正确设 计接地点和接地装置 ， 完善接地系统。 由于工业现场 电磁环境复杂 ，有时只采用硬件措施不能完全消除 干扰的影响，必须用软件措旌加以配合对于模拟信 号可 以采取软件滤波措施 ， 目前的大型 P L C编程大 都支持 S F C编程语言 、 结构化文本编程方式 ， 可以 编制 比较复杂的防干扰程序 ，进一步提高系统的安 全可靠性。焦炉实际生产现场中的 P L C防干扰措施 主要是隔离 、 滤波 、 屏蔽 、 接地和软件方法等 。 3 。 1 隔离变压器 主要是针对来 自电源的传导干扰。可以将绝大 部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。同时还兼 有电源电压变换的作用 。 3 ． 2 加信号隔离器 在信号传输过程中， 增加隔离器， 防止干扰信号 进入 P L C系统。 3 ． 3 屏蔽 将 P L C自身的各模块均采用屏蔽措施 ， 如果是 现场测点信号进入 P L C ， 则应通过屏蔽电缆。 将变频 器等干扰源用铁壳屏蔽， 不让其电磁干扰泄漏， 是非 常有效的方法。 3 ． 4良好接地处理 P L C控制系统要有统一的良好接好 ，逻辑地和 安全地要分开， 并且不要和电气地串在一起。 开关量 信号不需要接地， 模拟量信号要做接地处理。 与变送 器信号连接并采用屏蔽接地时， 只需要单点接地， 即 在控制系统一端接好。 3 ． 5 从软件设计方面提高系统抗干扰能力 P L C内部具有丰富的软元件 ， 如定时器、 计数器、 辅助继电器等 ， 利用它们设计一些程序 ， 可以屏蔽输 入元件的误信号， 防止输出元件的误动作， 提高系统 的抗干扰能力。 1 1利用 P L C内部计数器 ，消除输入元件触点 “ 抖动” 干扰。在 P L C控制系统中， 由于外界干扰的 影响， 有些输人元件在接通时， 会发生触点时断时续 的“ 抖动” 现象而发出错误信号。消除这种干扰的方 法 ， 是利用计数器经适当编程来实现。 2 1 利用 P L C内部定时器 ， 屏蔽输入端可能出现 的误信号。在 P L C组成的自动控制系统中， 每一次 循环。 各工步的动作时间通常是固定不变的， 行程开 关 或其他敏感元件如光电开关 总是在该工步的同 2 0 1 3年第 3 期 总 第 1 5 7期 冶 金 动 力 ME T AI ．U崃 GI CA L P I 一 时刻发 出信号。根据这一特点 ， 用两个 内部定时 器 ，限定 P L C只在该开关正常发信号的时间内采 样 ， 就可屏蔽掉其他时间可能产生的误信号干 扰信号。 此外， 还有几种可行的方法。如， 信号端子外加 中间继电器 ； 选择 比干扰 电压增加稍大电压等级 的 中间继 电器来保护 I ／ 0点 ； P L C由交流 电流供 电改 为直流电源隋 的P L C其输入、 输出模块为交、 直流 二用1 ； 信号模式由电压信号转换成直流 4 2 0 m A电 流信号等。 4 结束语 P L C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 ， 因为其本身的高可靠性、 允许在 较为恶劣的环境下工作而在 自动控制领域中得到广 泛应用。随着 自动化设备在焦炉生产中的地位越来 越高 ， 其干扰和防干扰措施也越来越受到企业的关 注。 实际生产中， P L C控制系统中的干扰是个十分复 杂的问题 ， 在设计和应用中应综合考虑各方面的因 素 ， 合理有效地抑制干扰 ， 保证 P L C控制系统正常 工作 ， 使焦炉生产能够连续稳定地进行。 收稿 日期 2 0 1 2 1 0 - 0 8 作者简 介 张华平 1 9 7 9 一 ， 男， 2 0 0 2 年毕业于武汉理工大学机电学 院 ． 现从事沙钢集团焦化厂电气 自动化专业管理工作。 国务院办公厅 建设钢铁等产业共性技术研发基地 【 中国冶金报消息] 2 月 4日， 国务院办公厅发布 关于强化企业技术创新主体地位， 全面提升企业创新 能力的意见 以下简称 意见 提出， 依托转制院所和行业领军企业， 在钢铁、 有色金属等产业推动建设一批 产业共性技术研发基地。 意见 指出， 针对重点行业和技术领域的特点和需求 ， 在钢铁、 有色金属、 装备制造 、 建材 、 纺织、 煤炭、 电力、 油气 、 新能源与可再生能源等产业 ， 依托骨干转制院所 、 行业特色高等学校和行业领军企业， 通过体制、 机制创新， 整合相关科研资源， 推动建设一批产业共性技术研发基地， 加强共性技术研发和成果推广扩散， 对 产业共性技术研发基地的运行管理、 技术扩散服务的绩效实行定期评价。 意见 要求， 进一步完善引导企业加大技术创新投入的机制， 建立健全国有企业技术创新的经营业绩 考核制度， 落实和完善国有企业研发投入视同利润的考核措施； 引导企业围绕市场需求和长远发展， 建立研 发机构， 健全组织技术研发、 产品创新、 科技成果转化的机制， 大幅度提高大中型工业企业建立研发机构的比 例； 支持企业推进重大科技成果产业化， 建立健全按产业发展重大需求部署创新链的科研运行机制和政策导 向， 推进新技术、 新材料、 新工艺、 新模式、 高端装备等的集成应用； 支持行业骨干企业与科研院所、 高等学校 签订战略合作协议， 建立联合开发、 优势互补、 成果共享、 风险共担的产学研用合作机制， 组建产业技术创新 战略联盟； 鼓励科研院所和高等学校与企业共建研发机构， 共建学科专业， 实施合作项 目， 加强对企业技术创 新的理论、 基础和前沿先导技术支持 ； 面向行业技术创新需求 ， 促进科技资源整合和优势互补， 推动形成一批 专业领域技术创新服务平 台， 培育一批专业化、 社会化、 网络化的示范性科技中介服务机构 ； 完善支持企业技 术创新的财税金融等政策， 完善和落实企业研发费用税前加计扣除政策， 加大企业研发设备加速折旧政策的 落实力度。完善高新技术企业认定办法， 落实税收优惠政策。 此外， 意见 还提出了加强企业创新人才队伍建设、 推动科技资源开放共享、 提升企业技术创新开放合 作水平等方面的意见。