烧结自动化系统中的PLC抗干扰设计

烧结自动化系统中的PLC抗干扰设计

赖强  张勇

四川省川威集团成渝钒钛科技有限公司烧结厂四川内江 642469

摘要：对烧结自动化系统中的PLC控制系统进行抗干扰设计，对相关技术以及周围的环境均具有较高的要求，在此前提下，才能实现抗干扰系统的稳定高效运行。本文以某公司自动化烧结系统中的多种PLC抗干扰项目设计为例，对产生干扰的内部因素和外部因素分别进行分析，并对相应的抗干扰技术进行了分析。

关键词：烧结自动化系统；PLC抗干扰系统；设计

1.引言

我厂的360㎡烧结自动化系统中，应用有不同种类的PLC控制系统，且抗干扰系统在生产设备和控制室中均有安装。PLC控制系统很容易受到各种因素的干扰，包括内部干扰和外部干扰，内部干扰的产生和PLC控制系统的结构组成有关，而外部干扰则是由生产现场的外部环境所引起的。

2.PLC控制系统概述

首先，在对PLC控制系统进行安装时，对于安装在低压配室中的PLC柜体，要注意其与具有较强发热能力器件之间的距离，以保证PLC柜体能实现良好的通风和散热。双列安装扩展单元和基本单元时要注意使其具有大于35mm的间距。为了避免太阳光照射对PLC柜机造成影响，要在开关柜的上下部分设有百叶窗，用以通风，同时为了PLC能够实现优异的绝缘性能，要维持环境湿度在83%以下。如果PLC柜机的安装环境中存在粉尘、浓雾或者腐蚀性气体，则需保证安装PLC柜机的控制柜具有良好的密闭性，同时还要在室内配有空气净化器。要避免会产生强烈震动的设备和PLC柜机近距离接触，PLC柜体的防护等级也要高于IP60。

3.接地的抗干扰设计

在烧结厂中，因为存在输入装置产生的滤波以及电缆分布电容等，会对PLC控制系统造成一定的影响。因此，PLC控制系统在接地方式的选择方面更适合直接点接地的方式，即分别用接地线将各个PLC柜体的中心接地点引到接地极。但是，在不同装置间具有较大距离的情况下，应该选择串联的接地形式，即将不同PLC柜体的中心接地点用绝缘电缆进行串联，再将其与接地极进行连接。在对信号源进行接地保护时，要在信号侧对屏蔽层进行接地，如果信号线上存在其他接头，为了防止出现多个点接地的情况，则应提高屏蔽层的稳固性，并做好绝缘处理。对多个测点信号进行连接时，要加强不同屏蔽层之间的连接，做好绝缘处理，同时还要对接地的位置进行合理的选择。

4.外部配线的抗干扰设计

如果I/O信号线的长度比较大，为了减少受到的干扰，信号传输过程中，电流大小应控制在5~18mA；在布线过程中，要对数字传输线和模拟量信号线分别进行接地保护，并对其屏蔽层做好接地处理；如果需要进行电缆敷设或者进行远距离的配线工作，为了减小工作难度，控制系统可以选用I/O远程站控制方式；进行配线工作时，如果距离超过28m，就需要为输出信号和输入信号分别准备电缆，如果输出输入信号有直流和交流的区分，则也要分别为其准备各自专用的电缆；接线架之间如果处于平行状态，则各个接线架至少要保持320㎜的间隔距离；如果信号电缆选用的是多芯的，则不能对控制线与I/O线应用相同的一条电缆；在自动化烧结系统中，双绞线具有十分广泛的应用，通常是作为信号电缆，在双线传输通道进行应用，一根作为返回通道，另一根则对信号进行传输。在对双绞线进行应用时，要注意只使一端接地，也就是说，对信号端进行接地处理。

5.电源部分的抗干扰设计

动力变压器中的电源发生波动，会导致频率发生波动、电压畸变以及毛刺等不良现象，对I/O模块以及PLC控制系统均会产生干扰。为此，可以通过以下设计减少电源部分产生的干扰。首先，为了保证供电电源的可靠安全性，对PLC控制系统使用不间断供电的在线式电源，同时在PLC 控制系统中的主控器部分，通过冗余电源的应用以确保PLC控制系统能够稳定运行。其次，为了避免控制器供电在输出和输入供电发生断电现象时不会受到影响，可以对I/O系统和PLC控制器在独立于主电源的同时，分别对其设置专用的隔离变压器。

最后，可以对I/O系统和PLC控制系统加装开关型的稳压电源，确保供电电压能够保持稳定，避免在电网运行过程中大容量的设备发生起停时，电网电压因其而产生的较大波动；加装隔离变压器，对次级绕线组和初级绕线组做好屏蔽层设置，其中，次级屏蔽层和其与初级绕组之间的屏蔽层要与直流端相连，而初级绕组屏蔽层则与交流电网中的接地线相接；加装滤波器能够有效对电源线到PLC控制系统中传递的干扰信号进行抑制。

6.软件抗干扰的设计

烧结自动化系统中，应用到PLC抗干扰系统中的软件技术主要包括软件容错与数字滤波，这些抗干扰软件技术需要使用资源比较少、且在设计和修改过程中的难度也不大，具有很高的应用价值。软件容错主要包括以下三方面的内容。一是软件延时，可以对偶发干扰进行有效消除，其具体应用过程是在读取波动性较高的信号时，可以利用软件对其进行20ms的延时操作，进而多次对信号进行读取，提高读取结果的准确性。二是程序的复执技术，如果程序运行途中，有紧急故障发生，就可以对受到干扰的指令进行多次执行操作，如果复执成功即说明是受到干扰，复执失败则会进行报警。三是处理死循环，即通过对死循环利用程序进行分析判断，确定死循环的发生是因为次要故障还是主要故障所引起的，进而做出对相应的子程序进行处理或者停机的命令。

7.输出信号和输入信号抗干扰的设计

在具有较大干扰的位置，对控制对象安装I/O模块系统时，绝缘型系统具有更好的性能。本系统在信号抗干扰方面主要进行了以下几项设计。首先，针对AI信号，在AI模块中的所有输入通道中，都增设了信号隔离器，利用半导体器件对通过PLC控制器接收到的信号进行调制变换，然后对其进行隔离转换，这一过程主要是通过磁感器件或者光感器件所实现的，再对其进行解调，使其转换成不同的信号或者隔离之前的信号，并对经过隔离处理之后的信号电源加以隔离。此设计能够确保地面和电源以及经过转换的信号保持彼此之间的独立性，使干扰信号消除。

其次，针对DI信号，如果在DI模板的输入通道中有干扰源进入，会对系统运行造成严重影响，情况严重的话，甚至会发生烧毁事故。为此，可以将隔离继电器加装到通道中。为了确保采集信号过程中的准确性，在重要的检测点位置可以采取通道冗余技术。最后，针对DO信号，为了防止因为对负载直接进行驱动，使得感性负载中出现浪涌电压，最终对输出信号造成严重的干扰，可以将中间继电器增设在输出通道之中。

结语

为了确保PLC控制系统的运行高效稳定，符合相关的技术标准和工艺要求，对其进行抗干扰设计十分重要。但是由于PLC抗干扰系统本身具有的高复杂性，要保证抗干扰质量以及PLC控制系统的稳定高效运行，在进行抗干扰设计之前，要对PLC控制系统的周边环境进行全面深入的了解和分析，明确具体的干扰来源和干扰性质，进而有针对性地采取有效的抗干扰措施。

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