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火电厂输煤程控系统的抗干扰措施

日期：2005-11-20 1:14:03 来源：本站整理
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1 前言

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作为一种应用于工业控制的自动装置，PLC本身具有一定抗干扰能力，比较适应工业现场环境。尽管如此，由于火电厂输煤系统运行条件恶劣，各类干扰信号较多，使得抗干扰问题成为输煤程控设计、调试及运行中的一大难题。许多电厂输煤程控系统不能长期稳定运行，抗干扰能力差是其最主要的原因。

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一般来说，PLC系统故障可分为内部故障和外部故障两在类，内部故障指PLC本身的故障，外部故障指系统与实际过程相连的传感器、检测开关、执行机构等部分的故障。PLC系统的故障分布情况如图1所示：

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由图可知，系统中只有5%的故障发生在PLC内部，说明PLC的可靠性远远高于外部设备，提高系统可靠性的重点应放在外部设备方面。因此笔者从硬件和软件两方面考虑，对外部设备综合运用以下几种抗干扰措施，在实际运行中收到了良好效果。

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2 抗干扰措施分析

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（一）硬件措施

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1.信号隔离

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目前在电厂输煤程控系统中，现场设备与I/O模块之间的开关量信号是否需经继电器隔离，一直是设计中争论的焦点。有观点认为不需经继电器隔离，可将现场信号直接送到I/O模块，理由是I/O模块本身具有一定抗干扰能力，模块内的光电隔离器使信号在其内部、外部电路上完全隔离，再加上阻容滤波电路，便可有效防止干扰的侵入。同时，由于省去了中间继电器，系统接线简化，系统故障点也随之减少。笔者通过对输煤系统外部环境、PLC装置内部电路的分析以及实地运用考察，认为悯管PLC自身有良好的抗干扰性能，但用于输煤控制时采用继电器隔离仍十分必要，理由如下：

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1）现场设备至PLC输入模块间的信号电缆较长，阻抗较大，电缆间的分布式电容充放电效应使信号电缆上产生干扰信号，加之输入模块的输入阴抗大（内阻约2.5K欧）动作功率小（小于0.5W）因此输煤系统中干扰信号易使输入模块误动作。采用继电器隔离后，继电器动作功率较大（大于1W）而现场干扰信号仅有足够的电压而没有足够的电流，难以使继电器动作，从而有效解决了输入回路的抗干扰问题。

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2）继电器与PLC输入模块相比，耐过电压、地电流冲击的能力较强，可避免引入过压、过流信号而损坏PLC模块。迄今为为止，国内已有多个电厂输煤程控系统在运行和调试过程中有过这方面的教训。对于输出模块，采用继电器隔离增加了输出接点容量，可将继电器接点方便地接入设备控制回路中。

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3）现场I/O信号经继电器隔离，与PLC系统本体在电路上分开，切断干扰噪声的通道，避免形成接地环路引入的电位差。同时使控制室内、外自成系统，便于高度和维护。

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4）程控系统增加大量继电器是否会相应增加工程投资，答案是否定的。采用继电器隔离后，PLC与继电器之间采用DC24V电源供电，继电器与现场设备间采用AC220V供电，因此PLC系统可选用DC24V、32点I/O模块；而不采用继电器隔离，则需选用AC220V、16点I/O模块。可见前者可节省一半I/O模块，对于信号繁多的电研制输煤系统来说，其价值与增加的继电器相当，总投资并未增加。

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2.接地屏蔽

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在程控系统中，良好接地可消除各电路电流经公共地线阻抗时产生的噪声电压，避免磁场及电位差的影响，使其形不成地环路。接地是抑制干扰使系统可靠工作的重要方法，和屏蔽结合起来使用即可解决大部分干扰问题。

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在低频电路中，布线和元件间的电感并不是大问题，而接地形成的环路干扰影响却很大，因此通常采用单点接地的方式。PLC控制系统属于低频范畴（1MHZ以下），也应遵循单点接地的原则。为防止不同类型地线之间的干扰，设计时应将系统中的数字地、模拟地、屏蔽地分别相连，然后汇集到总的接地点，接入输煤系统接地网。

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在程控系统中，PLC模块、电源设备、继电器都放在控制柜内，对电磁场的屏蔽较好。噪声主要由传输导线引入，因此对导线采取屏蔽措施也十分必要。对I/O信号应采用完全屏蔽的信号电缆，并且电缆的金属屏蔽层也中一点接地。若接地点超过一个，接地点之间的电位差将产生噪声电流，形成噪声干扰源。。

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3.电缆选择与敷设

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信号传输线之间的相互干扰主要来自导线间分布电容、电感引起的电磁耦合，防止干扰的有效方法首先是注意电缆的选择，应选用金属铠装屏蔽型的控制、信号电缆，一方面减少了噪声干扰，另一方面也培增强了电缆的机械强度；其次，电缆的敷设施工也是一基重要的工作，施工时应注意将动力电缆和控制电缆分开，控制电缆中将强电电缆和弱电电缆分开。同时还要注意尽量把模拟量信号线开头量信号线、直流信号线和交流信号线分开布线，以减少不同类型信号间的干扰。

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（二）软件措施

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在PLC控制系统中，除采用硬件措施提高系统的抗干扰能力外，笔者还利用其计算速度快的特点，充分发挥软件优势，以确保系统既不会因干扰而停止工作，又能满足工程所要求的精度和速度。数字滤波和软件容错是达到这一目的的两种经济、有效的方法

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1.数字滤波

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对于较低信噪比的模拟量信号，常因现场瞬时干扰而产生较大波动，若仅用瞬时采样值进行控制计算，会产生较大误差，为此笔者采用了数字滤波方法。现场模拟量信号经A/D转换后变为离散的数字量信号，然后将形成的数据按时间序列存入PLC内存，再利用数字滤波程序对其进行处理，滤去噪声部分获得单纯信号。其在控制系统中的地位如图2所示：

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笔者在程序设计时对设备工作电流、皮带秤煤量、碎煤机温度及振动、煤仓煤位等模拟量信号采取了平均值滤波的方法进行预处理，对输入信号用10次采样值的平均值来代替当前值但并不是通常的每采样10次求一次平均值，而是每采样一次与最近的9次历史采样值相加，即：

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Yn=1/10Xi其中Yn为滤波值，Xi为采样值

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这种方法反映速度快，具有更好的实时性。输入信号经处理后用于信号显示或回路调节，有效掏了噪声干扰。

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2.软件容错

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由于输煤系统现场环境恶劣，干扰信号较多，I/O领带传送距离也较长，常常会使传送的信号有误。为提高系统运行可靠性，使PLC在信号出错的情况下能及时发现错误，并能排除错误的影响继续工作，由程序编制中还应广泛应用软件容错技术。

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1）在目前现场设备信号不完全可靠的情况下，对于非严重影响设备运行的故障信号，在程序中采取不同时间的延时判断，以防止输入接点抖动而产生“伪报警”。若延时后信号仍不消失，再执行相应动作。如皮带的打滑、跑偏信号，本人结合实际情况，在程序中分别设定15s和2s的延时。