高炉PLC控制系统抗干扰对策

胡世雄 刘佳伟 杜小刚

（鞍钢设备检修协力中心，辽宁 鞍山 114021）

高炉PLC控制系统抗干扰对策

胡世雄 刘佳伟 杜小刚

（鞍钢设备检修协力中心，辽宁 鞍山 114021）

介绍了鞍钢新4#高炉投产后，PLC控制系统多次出现误动作，经过分析，确定了干扰源并采取相应的抗干扰措施，取得了很好的效果。

控制系统；干扰原因；对策

一、前言

鞍钢新4#高炉所使用的PLC，大多处在强电设备电磁环境中，很容易被电磁干扰引起控制系统误动作。为防止干扰，鞍钢新4#高炉采用了硬件和软件相结合的抗干扰方法，增强了系统的抗干扰性能。

二、PLC控制系统在运行中的电磁干扰

新4#高炉于2007年5月投产，2012年进行大修改造，高炉上料系统为西门子公司生产的PLC控制系统。

该系统投入运行后，发现皮带运输机、配料系统等所控制的现场设备经常出现误动作：如停车、启动及运行异常；实时状态与监视屏幕上显示不一致；输入到PLC控制系统中的下料量与电子秤标定量存在很大误差等异常现象，严重影响高炉的正常安全生产与稳定运行。经过认真分析，发现电磁干扰产生的原因如下。

1.来自空间的电磁辐射干扰

由于高炉上料PLC控制系统是安装在强电设备电磁环境中，电磁干扰很容易引起控制系统产生误动作。

2.来自电源的干扰

PLC控制系统由供电网络供电。该供电网络系统中的某些大功率设备的启动、停机等经常引起电源过压、欠压、浪涌及产生尖峰干扰，这些来自电源的干扰均会通过电源内阻耦合到PLC控制系统的电路中，给系统造成极大的危害。

3.来自信号传输线上的干扰

与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。由信号线引入的干扰会引起I/O信号工作异常，产生虚假信号，使测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。

若系统隔离性能较差，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、误动作甚至电脑死机。

4.来自接地系统混乱的干扰

（1）正确接地既能抑制电磁干扰，又能减少设备对外干扰。而错误的接地，就会引入干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。

（2）PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地和保护地等。

（3）接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是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。

（4）通过检查，发现在新4#高炉地线施工过程中，地线施工不规范，如系统地、屏蔽地和保护地混乱、接地电阻值不合格、电缆屏蔽层不是一点接地等。

三、抗干扰措施

1.电磁辐射的抗干扰措施

（1）使用金属屏蔽网和含金属屏蔽玻璃，这二样东西都能很好的对电磁辐射起到过滤隔离作用。

特别提醒的是：使用金属的屏蔽网和含金属的屏蔽玻璃时必须连接地线，通过地线把电磁辐射传到地下。

（2）合理设计电气线路，采用同塔双回或多回架设技术，配线分离，有利于减少电磁辐射的影响。

合理布置导线的相序，或采用紧凑型线路，选用合适相序排列，从而使其各相产生的电磁辐射相互抵销。

2.电源部分的抗干扰措施

电源波动造成的电压畸变或毛刺都有可能对PIC及I/O模块产生不良影响。

据统计分析，PLC系统的干扰中有70%是从电源耦合进来的。

为了抑制干扰，PLC供电系统采用方式如下：控制器和I/O系统的电源分别由各自的隔离变压器供电，并与主电路电源分开。当某一部分电源出现故障时，不会影响其他部分，提高了系统的可靠性。

3.外部配线的抗干扰措施

外部配线之间存在着互感和分布电容，进行信号传送时会产生干扰。

在现代小型水库工程建设中，往往水土保持措施延后、水土保持总体规划全面但不精细、管理和运营不协调、各水保防治区相互衔接不合理等，这些问题都会影响到水土保持设施的正常运行。验收工作是衡量水库工程建设质量高低的关键。由于小型水库水土保持工程自身规模较小，而且施工周期长，往往在工程质量验收工作中得不到足够的重视，验收流程没有形成系统、规范的正规流程，水土保持工程质量验收管理工作得不到正常的运营。

为了防止或减少外部配线的干扰，交流输入、输出信号与直流输入、输出信号分别使用单独的电缆，而且要使用屏蔽电缆，屏蔽电缆在现场设备侧要悬空，在PLC控制柜侧要接地。

配线距离在30m以下时，直流和交流输入、输出信号线最好不要使用同一电缆，走同一配线管时，输入信号要使用屏蔽电缆。

距离为30～300m配线时，直流和交流输入、输出信号线要分别使用单独的电缆，并且输人信号线一定要用屏蔽线。

对于300m以上长距离配线时，则要用中间继电器转换信号。PLC控制器的接地线要与电源线或动力线分开，输入、输出信号线要与高电压、大电流的动力线分层敷设。

4.接地抗干扰措施

接地在消除干扰上起很大的作用，良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件之一，可以避免偶然发生的电压冲击危害。

为了抑制附加在电源及输入、输出端的干扰，应给PLC接以专用地线，接地线与动力设备（如电动机）的接地点分开，用一根大截面铜母线（或绝缘电缆）连接各装置的柜体中心接地点，然后将接地母线直接连接接地极。

接地线采用截面＞25mm2的铜导线，总母线使用截面＞60mm2的铜排。接地极的接地电阻＜1Ω，接地极埋在距建筑物10～15m处，而且PLC系统接地点必须与强电设备接地点相距10m以上。

5.软件抗干扰措施

尽管硬件抗干扰可滤除大部分干扰信号，但由于干扰信号产生的原因很复杂，且具有很大的随机性，很难保证系统完全不受干扰，因此往往在硬件抗干扰措施的基础上，采取软件抗干扰技术加以补充，作为硬件措施的辅助手段。

软件抗干扰方法设计简单、修改灵活、耗费资源少，在PLC测控系统中同样获得了广泛的应用。

（1）指令重复执行。

指令重复执行就是根据需要使作用相同的指令重复执行多次，一般适用于开关量或数字量输入、输出的抗干扰。在采集某些开关量或数字量时，可重复采集多次，直到连续2次或2次以上的采集结果完全相同时才视为有效。

若多次采集后，信号总是变化不定，可停止采集，发出报警信号。在满足实时性要求的前提下，在各次采集数字信号之间插入一段延时，数据的可靠性能够进一步提高。如果在系统实时性要求不是很高的情况下，其指令重复周期尽可能长些。

（2）数字滤波。

在压力、温度、流量和皮带电子秤重量信号的采集过程中，存在的随机干扰有可能使被测信号的随机误差加大。

针对这种情况，可以采用数字滤波技术，该方法具有可靠性高和稳定性好的特点。数字滤波的常用方法有程序判断滤波法、中值滤波法、算术平均滤波法、递推平均滤波法等，公司现在采用的是算术平均滤波法。

四、结语

PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此应综合考虑各方面的因素，对有些干扰情况还需做具体分析，采取对症下药的方法，才能够使PLC控制系统正常工作。

对新4#高炉的PIC控制系统采取了上述抗干扰改进措施以后，消除了输入到PLC控制系统中皮带运输机、配料系统等所控制的现场设备的虚假开关量信号，并且使输入到PLC控制系统中压力、温度、流量和皮带电子秤重量信号的测量误差大大降低，提高了系统的控制精度和运行稳定性，取得了预期的效果，为新4#高炉的安全生产稳定顺行提供了保证。

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