消除P L C系统干扰方法浅析

张媛媛

PLC系统在现代钢铁行业中的广泛应用，大大提高了控制系统的精准化水平，但同时PLC系统易受干扰的问题也愈发明显。如处理不当，轻则导致整个控制系统运行不畅，重则会带来直接的经济损失。例如：某钢铁厂宽厚板厂试运行期间，多台行车PLC系统通讯模块烧毁，事后分析原因，一是由于大量使用变频器，加之该厂与电炉车间共用上一级的110KV变电站，电网中存在谐波分量，对PLC系统产生了干扰；二是行车系统PLC硬件存在一定缺陷；三是电缆线路的屏蔽和接地系统部分存在一定的问题。此案例具有较强的代表性。钢铁行业中变频器大量应用，电网情况复杂，强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境，是PLC系统受到干扰的主要原因。要消除PLC系统的干扰问题，须从以下三个方面入手。

一、解决变频器及电网带来的干扰

能够对PLC系统产生干扰的干扰源是多种多样的，在钢铁行业中最应该注意的是变频器和电网的干扰问题。

（一）解决好变频器对PLC系统的干扰问题

钢铁行业大量使用变频器是不可避免，无论是高炉、烧结等系统单一工序上的变频器的应用，还是连铸、轧钢等全工序多传动变频器的应用，变频器的使用大大了降低能源的消耗。但变频器极易对PLC系统产生干扰。原因是：

1.变频器普遍使用了晶闸管或整流二极管等非线性整流器件，其产生的谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变（电压畸变率约10%-40%），影响电网的供电质量；

2.变频器的输出部分一般采用的是IGBT（绝缘栅双极型晶体管）等开关元件，在输出能量的同时将产生较强的电磁辐射干扰，影响周边类似于PLC系统的弱电系统的正常工作。

解决方法：

1.增加电抗器或滤波器。给变频器输入端加装EMI滤波器，可以有效抑制变频器对电网的传导干扰。加装输入交流和直流电抗器，可以提高功率因数，减小谐波污染，综合效果好。在某些电机与变频器之间距离超过100 m 的场合，需要在变频器侧添加交流输出电抗器，解决因为输出导线对地分布参数造成的漏电流保护和减少对外部的辐射干扰。

2.在变频器组成的控制系统设计过程中，尽量不要采用模拟控制，特别是控制距离大于1m，跨控制柜安装的情况下。因为变频器一般都有多段速设定、开关频率量输入输出，可以满足要求。如果必须使用模拟量控制，一定要采用屏蔽电缆，并在传感器侧或者变频器侧实现远端一点接地。如果干扰仍旧严重，需要实现DC/DC隔离措施。可以采用标准的DC/DC模块，或者采用对v/f转换光隔离,再采用频率设定输入的方法。

3.将整个变频器屏蔽，并做好屏蔽层接地，防止其对外界的干扰。

（二）充分考虑电网影响

钢铁行业中，很多工序可能共用一座大型变电站，电网中存在大量谐波源,如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压及电流产生波形畸变,从而对电网中其他设备产生危害干扰，特别是对PLC系统。

解决方法：在轧钢系统中使用SVC系统或FC系统。采用SVC系统可以直接有效地解决电网中的所有谐波分量干扰问题，但缺点是投资较大。很多情况下，考虑到现在具有较好谐波特性的交-直-交系统变频器普遍使用，为降低投入也可以使用FC系统对电网中的谐波分量做有针对性的消除和降低，但在区域变电所内使用FC系统时，应注意预先对整个系统进行谐波分量评估，充分考虑同网络系统中其他变电所对其的谐波干扰。

二、充分防范，提高PLC系统自身的抗干扰能力

（一）交流电源输入端配置经隔离变压器屏蔽及接地的工控系统电源，将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。或将交流输入改为直流输入。

（二）给微机控制板输入电源加装EMI滤波器、共模电感、高频磁环等，对某些干扰特别严重的情况，可以对微机控制板添加金属网状屏蔽罩进行屏蔽处理。

（三）PLC输入端（特别是信号来自变频器系统的情况下），应采用带并联RC消弧电路的输入继电器，并将电压信号模式转化为直流4mA-20mA电流信号模式。

（四）对RS485通讯端口（特别是与变频器通讯的RS485端口），建议加装数据流向自动切换、数据完全透明传输、无延时的隔离器。

（五）采用软件滤波。波口有限幅滤波法,中位值滤波法,算术平均滤波法,中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)和(限幅)消抖滤波法等，对某些易受干扰的控制信号,在PLC程序中做适当的延时处理。

做好以上几点，即使整个系统仍有干扰存在，PLC系统的完好性也能得到最大限度的保证。

三、切断或削弱电磁干扰的传播途径

PLC系统干扰，还应该特别注意消除切断或削弱电磁干扰的传播途径，做好整个系统的接地，正确选择电缆的结构形式和敷设方式。

（一）正确设计接地点和接地装置, 完善接地系统。主要建议：电机等强电控制系统的接地线必须通过接地汇流排可靠接地；微机控制板的屏蔽地，应单独接地；对于某些干扰严重的场合，建议将传感器、I/0接口屏蔽层与控制板的控制地相连等。

（二）重视电缆的选型工作。主要建议：为减少动力电缆，尤其是变频装置馈电缆的辐射电磁干扰，在工程中可采用新型的单屏+总屏的变频专用电缆，实践证明抗干扰效果较为满意；信号系统特别是与PLC系统相连接的模拟量信号系统的电缆连接线应采用双屏蔽双绞+总屏的控制电缆；PLC系统与变频器采用通讯连接时，采用专用通讯电缆或光纤连接以提高可靠性减少干扰等。

（三）处理好电缆的敷设问题。主要建议：为减少电磁干扰，不同类型的信号应分别由不同电缆传输，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号；各类电缆在电缆沟或电缆隧道中敷设，应按电压等级及传输信号种类分层铺设，信号线不宜与动力电缆靠近平行铺设；电缆穿管均应采用钢管，并将钢管外壳与大地可靠连接。

以上仅是基于实践基础，总结得出的消除钢铁行业PLC系统干扰的简单方法。只有全面考虑，综合处置，才能处理好 PLC系统的抗干扰问题，使其健康、稳定运行，最大限度的发挥作用