斗轮机 PLC 控制系统通讯干扰分析与治理

隋东旭

中国电建集团长春发电设备有限公司 吉林长春 130033

斗轮机中经常应用的PLC控制系统的生产厂商主要有：西门子、施耐德、罗斯威尔自动化等等。这几个厂商生产的设备还是比较安全可靠的，易产生故障的原因不是由于技术含量不足，而是外界的扰动因素太多导致的。PLC是整个设备的核心控制系统，一旦产生一点故障造成的影响都是难以预计的[1]。干扰因素有可能会导致PLC系统内存储的大量数据不翼而飞，核心控制系统出了毛病，斗轮机就会很容易发生无原因的跳闸，通讯发生故障等等，下面将对斗轮机 PLC 控制系统通讯干扰现象及检查做一个详细的论述。

1 PLC 控制系统通讯干扰现象及检查

斗轮机通讯系统受到干扰时，经常会出现无故跳闸的现象。而正常情况下的跳闸原因主要有两种：一是司机人为的按了急停系统，二是由于斗轮机不断的发出报警信号而引起的跳闸。斗轮机的通讯系统发生故障时，就会完全没有上述两个原因没有缘故的就跳闸了。经过后续的检查设备按钮、接线回路也均无异常。经过寻找跳闸信号的产生源头，发现信号是由司机室远程站发出的。但是经过调查此区域并未发生过误发跳闸信号现象，基本可以断定，斗轮机的通讯系统很有可能发生了故障。笔者对上述现象做了相关检查以验证猜测：

此次试验用的斗轮机均采用西门子PLC S7-300控制系统，对其内部的通讯电缆及通讯模块进行检查，均未发现异常。电缆的接头紧固，通讯状态也正常。于是采用PLC 控制系统的检测软件观察其设备的运行实时状况，发现了两点异常的问题。第一，当斗轮机停运时，通讯正常；当斗轮机司机室远程站有数据交换异常的情况出现时，如果数据的传输错误率超过一定值时，PLC控制系统就会有运行不稳定的现象发生。第二，跟斗轮机电机启动的设备数有关。我们都知道电机在工作的过程中由于变频与电流的双重作用下，多少会产生一定量的电磁干扰。而对于PLC 通讯系统，则是一类信号传输的干扰源。经笔者测试研究发现，但一台电机启动时，数据包的交换错误率很低，仅在个位数之内浮动；当启动两台电机时，数据包的交换错误率明显上升，但是在容错范围之内；启动三台电机时，波动的幅度更大；当启动四台电机时，PLC控制系统接收到的数据包错误率达到了十位数[2]。由上可以推出，启动的电机越多，对通讯系统造成的干扰越多。当发电厂需要大量进行运煤工作时，必然会启动多台电机，所以会经常出现无缘跳闸的情况发生。

2 产生干扰的因素分析

2.1 变频器干扰

由于电机启动时，产生的电磁辐射会干扰到PLC控制系统的信号传输，从而影响到通讯的质量受到干扰。

2.2 通讯电缆铺设问题

通讯电缆与动力电缆之间相隔较近，与远程站连接的分支器、终端器等也没有进行专门的屏蔽处理。所以会产生变频器在工作中所产生的强高次谐波会干扰到远程 I/O 系统引起通讯错误的现象发生。

2.3 分站电缆的长度不符合技术规范

做好将分站电缆的长度设为300mm。因为过长的电缆长度会造成信号衰减，影响到通讯的质量；过短的电缆长度信号在在分支器处发生反射，同样会影响到通讯质量。

2.4 系统接地

要想保证PLC系统信号高质量的传输，就要单独的将PLC系统的通讯电缆接地。而在实际的生产工作过程中，斗轮机的各式系统也均接地。所以这也是产生信号干扰的原因之一。

2.5 信号反射

在远程 I/O 的始端和末端会接收到多余的信号，在为加装电阻的情况下，就会发生信号的反射，使通讯的质量受到干扰。

3 通讯系统的干扰与防治

3.1 隔离供电法

在司机的远程控制站内安装UPS 电源系统，走单独的供电网络。传统的方法是多个电源公用，但单用就可能很好地解决信号干扰问题。由于UPS电源自身就具有优越的干扰隔离性能，可以间接的提高斗轮机的通讯稳定性。

3.2 重新布线

我们重新铺设了欧姆龙专用通讯电缆，新的布线方式能很好地将三种线路区分开来。同轴电缆，电力电缆，控制电缆三者间的铺设位置要相隔一定距离。三者间均要穿管敷设，在施工铺设的过程中严格按照规范设计施工，使用的原厂的专业设备进行终端接头的制作。注意此时铺设的过程中可以将分站电缆的长度统一设定为300mm。

这些只是基础上的改造工作，只能将现象姑息一段时间。不久还会旧事重提。所以为了从根本上解决问题，我们需要对通讯电缆进行改造。

虽然同轴电缆有着应用的优势，但是其也有一个致命的弱点就是它对电缆敷设有较大依赖。本身材质上得抗辐射干扰能力也极为一般。所以我们可以将通讯电缆改用为光纤电缆。这种材料也是目前宽带上网的主要信号载体，究其原因是由于光缆有着优越的防接地环流干扰能力，明显由于其他信号传输载体，值得广泛推广应用。

4 结语

我们都知道斗轮机的应用场景比较恶劣，通讯系统在这种环境下也极容易受到扰动。产生扰动的原因各种各样，故障的表现形式也是花样繁多。上述现象经过人为干预还是可以改善许多的，例如我们应该在设备运行之前严格按照规范设计施工，减少接地系统产生的强高次谐波干扰问题等等方式来避免。只有我们了解了设备的工作原理，产生故障的机制，在解决问题的时候就会信手拈来，少走弯路，快速的有针对性的解决问题。