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　　1、引言
　　
　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC在生產(chǎn)控制中的應(yīng)用越來越廣泛，PLC控制系統(tǒng)的安全可靠性直接影響到企業(yè)設(shè)備的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行，控制系統(tǒng)的抗*力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。鞍鋼新4號高爐所使用的PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場機旁控制柜上，它們大多處在強電電路和強電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中，很容易被周圍電磁干擾源干擾而引起控制系統(tǒng)產(chǎn)生誤動作，影響系統(tǒng)的正常工作，因此必須高度重視系統(tǒng)的抗干擾性。為防止干擾，鞍鋼新4號高爐采用了硬件和軟件相結(jié)合的抗干擾方法，有效地增強了系統(tǒng)的抗干擾性能。
　　
　　2、PLC控制系統(tǒng)在運行中的電磁干擾分析
　　
　　鞍鋼新4號高爐于2007年5月投產(chǎn)，高爐上料系統(tǒng)是采用德國西門子公司的PLC控制系統(tǒng)，對整個高爐生產(chǎn)過程進行監(jiān)控，該系統(tǒng)投入運行后，發(fā)現(xiàn)皮帶運輸機、配料系統(tǒng)等所控制的現(xiàn)場設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)誤動作，如該停車時這些設(shè)備沒有停車，不應(yīng)該啟動反而啟動，這時設(shè)備的運行反饋信號輸入到PLC控制系統(tǒng)中，在監(jiān)視屏幕上顯示它們確在停止，移動可逆皮帶機的行走小車移開原來位置后，原來位置的位置信號仍然顯示在監(jiān)視屏幕上不消失，通過皮帶電子秤采集配料系統(tǒng)下料量，輸入到PLC控制系統(tǒng)中的下料量數(shù)值與實際皮帶電子秤標(biāo)定的數(shù)值有很大誤差，這些異常現(xiàn)象嚴(yán)重影響高爐的正常安全生產(chǎn)與穩(wěn)定運行。經(jīng)過認真分析，發(fā)現(xiàn)電磁干擾產(chǎn)生的原因如下。
　　
　?。?）來自空間的電磁輻射干擾：由于高爐上料PLC控制系統(tǒng)主要集中安裝在現(xiàn)場的強電電路和強電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中，電磁干擾很容易引起控制系統(tǒng)產(chǎn)生誤動作，影響系統(tǒng)的正常工作。電磁場主要由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備、雷電、大型整流設(shè)備等產(chǎn)生，通常稱為電磁輻射干擾。新4號高爐因場地受限制，使電氣設(shè)備、電子設(shè)備高密度使用，使空間電磁波污染非常嚴(yán)重，這些干擾源產(chǎn)生的輻射波頻率范圍廣，且無規(guī)律。而且該車間的PLC恰恰置于其輻射場內(nèi)，其信號、數(shù)據(jù)線和電源線即可充當(dāng)天線接受輻射干擾，造成對PLC控制系統(tǒng)的干擾，此種干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場的大小有關(guān)，特別是與頻率
　　
　　有關(guān)。
　　
　　（2）來自電源的干擾：新4號高爐的PLC控制系統(tǒng)由供電網(wǎng)絡(luò)供電。該供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的某些大功率設(shè)備的啟動、停機等經(jīng)常引起電源過壓、欠壓、浪涌及產(chǎn)生尖峰干擾，這些來自電源的干擾均會通過電源內(nèi)阻耦合到PLC控制系統(tǒng)的電路，給系統(tǒng)造成極大的危害。
　　
　?。?）來自信號傳輸線上的干擾。與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。由信號線引入的干擾會引起I/O信號工作異常，產(chǎn)生虛假信號，使測量精度大大降低，嚴(yán)重時將引起元器件損傷。若系統(tǒng)隔離性能較差，還將導(dǎo)致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動作甚至電腦死機。
　　
　?。?）來自接地系統(tǒng)混亂的干擾。接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾。而錯誤的接地，就會引入干擾信號，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。
　　
　　PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地和保護地等。接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。通過檢查，發(fā)現(xiàn)在新4號高爐地線施工過程中，由于工期緊，片面追求施工進度，施工單位沒有按地線施工規(guī)范施工，造成系統(tǒng)地、屏蔽地和保護地混亂，接地電阻值不符合要求，有的電纜屏蔽層不是一點接地，而是電纜屏蔽層兩端A、B都接地或不接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，地線電流將更大。此外，在這種情況下屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)有時會出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。系統(tǒng)地與其他接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PIC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、電腦死機。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測量精度下降，引起對信號測控的嚴(yán)重失真和誤動作。
　　
　　3、主要抗干擾改進措施
　　
　　針對以上情況，對新4號高爐的PLC控制系統(tǒng)采取了如下抗干擾改進措施
　　
　　（1）電磁輻射的抗干擾措施：現(xiàn)在防范電磁輻射方法很多，其一有用金屬的屏蔽網(wǎng)和含金屬的屏蔽玻璃，這兩樣?xùn)|西都能很好的對電磁輻射起到過濾隔離作用。特別提醒的是，使用金屬的屏蔽網(wǎng)和含金屬的屏蔽玻璃的必須連接接地線，通過地線把電磁輻射傳到地下。其二合理設(shè)計電氣線路，采用同塔雙回或多回架設(shè)技術(shù)，配線分離，有利于減少電磁輻射的影響，合理布置導(dǎo)線的相序，或采用緊湊型線路，選用合適相序排列，而使其各相產(chǎn)生的電磁輻射相互抵消。
　　
　?。?）電源部分的抗干擾措施：電源波動造成的電壓畸變或毛刺，將對PIC及I/O模塊產(chǎn)生不良影響。據(jù)統(tǒng)計分析，PLC系統(tǒng)的干擾中有70％是從電源耦合進來的。為了抑制干擾，PLC供電系統(tǒng)采用如下方式：控制器和I/O系統(tǒng)的電源分別由各自的隔離變壓器供電，并與主電路電源分開。當(dāng)某一部分電源出了故障時，而不會影響其他部分，提高了系統(tǒng)的可靠性。
　　
　　（3）外部配線的抗干擾措施；外部配線之間存在著互感和分布電容，進行信號傳送時會產(chǎn)生干擾。為了防止或減少外部配線的干擾，交流輸入、輸出信號與直流輸入、輸出信號分別使用各自的電纜，而且要使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在現(xiàn)場設(shè)備側(cè)要懸空，在PLC控制柜側(cè)要接地。配線時在30m以下的短距離，直流和交流輸入、輸出信號線不要使用同一電纜，如果要走同一配線管時，輸入信號要使用屏蔽電纜。30～300m距離的配線時，直流和交流輸入、輸出信號線要分別使用各自的電纜，并且輸入信號線一定要用屏蔽線。對于300m以上長距離配線時則用中間繼電器轉(zhuǎn)換信號。對于PLC控制器的接地線要與電源線或動力線分開，輸入、輸出信號線要與高電壓、大電流的動力線分層敷設(shè)。
　　
　?。?）接地抗干擾措施：接地在消除干擾上起很大的作用，良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件之一，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。為了抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC接以地線，接地線與動力設(shè)備（如電動機）的接地點分開，用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于25mm2的銅導(dǎo)線，總母線使用截面大于60mm2的銅排。接地極的接地電阻小于1?，接地極埋在距建筑物10～15m遠處，而且PLC系統(tǒng)接地點必須與強電設(shè)備接地點相距10m以上。
　　
　　信號源接地時，屏蔽層應(yīng)在信號側(cè)接地。不接地時，應(yīng)在PLC側(cè)接地。信號線中間有接頭時，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進行絕緣處理，一定要避免多點接地。
　　
　?。?）軟件抗干擾措施：盡管硬件抗干擾可濾除大部分干擾信號，但因干擾信號產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，且具有很大的隨機性，很難保證系統(tǒng)*不受干擾，因此往往在硬件抗干擾措施的基礎(chǔ)上，采取軟件抗干擾技術(shù)加以補充，作為硬件措施的輔助手段。軟件抗干擾方法設(shè)計簡單、修改靈活、耗費資源少，在PLC測控系統(tǒng)中同樣獲得了廣泛的應(yīng)用。如：1）指令重復(fù)執(zhí)行：指令重復(fù)執(zhí)行就是根據(jù)需要使作用相同的指令重復(fù)執(zhí)行多次，一般適用于開關(guān)量或數(shù)字量輸入、輸出的抗干擾。在采集某些開關(guān)量或數(shù)字量時，可重復(fù)采集多次，直到連續(xù)2次或2次以上的采集結(jié)果*相同時才視為有效。若多次采集后，信號總是變化不定，可停止采集，發(fā)出報警信號。在滿足實時性要求的前提下，在各次采集數(shù)字信號之間插入一段延時，數(shù)據(jù)的可靠性進一步提高。如果在系統(tǒng)實時性要求不是很高的情況下，其指令重復(fù)周期盡可能長些。2）數(shù)字濾波：在壓力、溫度、流量和皮帶電子秤重量信號的采集過程中，存在隨機干擾而可能使被測信號的隨機誤差加大。針對這種情況，可以采用數(shù)字濾波技術(shù)，該方法具有可靠性高和穩(wěn)定性好的特點。數(shù)字濾波的常用方法有程序判斷濾波法、中值濾波法、算術(shù)平均濾波法、遞推平均濾波法等，我們現(xiàn)在采用的是算術(shù)平均濾波法。
　　
　　4、結(jié)束語
　　
　　PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個十分復(fù)雜的問題，因此應(yīng)綜合考慮各方面的因素，對有些干擾情況還需做具體分析，采取對癥下藥的方法，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。對新4號高爐的PIC控制系統(tǒng)采取了上述抗干擾改進措施以后，消除了輸入到PLC控制系統(tǒng)中皮帶運輸機、配料系統(tǒng)等所控制的現(xiàn)場設(shè)備的虛假開關(guān)量信號，并且使輸入到PLC控制系統(tǒng)中壓力、溫度、流量和皮帶電子秤重量信號測量誤差大大降低，提高了系統(tǒng)的控制精度和運行穩(wěn)定性，取得了預(yù)期的效果，為新4號高爐的安全生產(chǎn)穩(wěn)定順行提供了保證。