关于水电站安全运行中PLC 抗干扰措施浅谈

　　摘要:随着水电站综合自动化技术的迅猛发展,水电站微机综合自动化控制系统中广泛使用了PLC,系统设计时可考虑采用抗干扰措施,这样在常年连续运行的情况下,PLC都能长期稳定、可靠工作。
　　关键词:水电站;安全运行;PLC抗干扰措施
　　1PLC抗干扰措施
　　1.1抗干扰的隔离措施
　　PLC内部采用光电耦合器、输出模块中的小型继电器和光电可控硅等器件来实现对外部开关量信号的隔离,PLC的模拟量I/O模块一般也采取了光电耦合的隔离措施。这些器件除了能减少或消除外部干扰对系统的影响外,还可以保护CPU模块,使之免受从外部窜入PLC的高电压的危害,因此一般没有必要在PLC外部再设置抗干扰隔离器件。
　　如果PLC输入端的光电耦合器不能有效地抵抗干扰,可以用小型继电器来隔离发电站中用长线引入PLC输入端的开关量信号。光电耦合器中发光二极管的工作电流仅数毫安,而小型继电器的线圈吸合电压为数十伏,强电干扰信号通过电磁感应产生的能量一般不可能使隔离用的继电器吸合。有的系统需要使用外部信号的多对触点,例如一对触点用来给PLC提供输入信号,一对触点用来给上位计算机提供开关量信号,一对触点用于指示灯,使用继电器转接输入信号既能提供多对触点,又实现了对强电干扰信号的隔离。
　　PLC来自开关柜内的输入信号和距开关柜不远的输入信号一般没有必要用继电器来隔离。
　　为了提高抗干扰能力,PLC的外部信号、PLC和计算机之间的串行通信线路也可以用光纤或带光电耦合器的通信接口来隔离,在要求防火、防爆的环境更适于采用这种方法。
　　1.2输出端的可靠性措施
　　继电器输出模块的触点工作电压范围宽,导通压降小,与晶体管型和双向可控硅型模块相比,承受瞬时过电压和过电流的能力较强,但是动作速度较慢。系统输出量变化不是很频繁时,一般选用继电器型输出模块。PLC输出模块内的小型继电器的触点很小,断弧能力很差,不能直接用于发电站的DC220V电路中,必须用PLC驱动外部继电器,用外部继电器的触点驱动DC220V的负载。
　　断开直流电路要求较大的继电器触点,接通同一直流电路可用较小的触点。选择外接的继电器时,应仔细分析是用PLC来控制接通还是断开外部回路。例如水电站中用得较多的DC220V电磁阀其内部有与其线圈串联的限位开关常闭触点,电磁阀线圈通电,阀芯动作后,是用阀内部的触点来断开电路的。在这种情况下,可以选用触点较小的小型继电器来转接PLC的输出信号。
　　2供电电源的抗干扰措施
　　电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的,各种大功率用电、发电设备是主要的干扰源。
　　如果PLC使用交流电源,在干扰较强或对可靠性要求很高的场合,可以在PLC的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器(见图所示),隔离变压器可以抑制窜入的外来干扰,提高抗高频共模干扰能力,屏蔽层应可靠地接地。
　　
　　图1电源的抗干扰措施
　　低通滤波器可以吸收掉电源中的大部分“毛刺”。图1中的Ll和L2用来抑制高频差模电压,L3和L4是用等长的导线反向绕在同一磁环上的,50Hz的工频电流在磁环中产生的磁通互相抵消,磁环不会饱和。2根线中的共模干扰电流在磁环中产生的磁通是迭加的,共模干扰被L3和L4阻挡。图中的Cl和C2用来滤除共模干扰电压,C3用来滤除差模干扰电压。R是压敏电阻,其击穿电压略高于电源正常工作时的最高电压,平常相当于开路。遇尖峰干扰脉冲时被击穿,干扰电压被压敏电阻钳位,后者的端电压等于其击穿电压。
　　高频干扰信号不是通过变压器的绕组耦合,而是通过初级、次级绕组之间的分布电容传递的。在初级、次级绕组之间加绕屏蔽层,并将它和铁芯一起接地,可以减少绕组间的分布电容,提高抗高频干扰的能力。也可以直接选用电源滤波器产品,如北京中石公司的电源滤波器具有良好的共模滤波、差模滤波性能和高频干扰抑制性能,能有效抑制线与线之间和线与地之间的干扰,其产品可用于交流单相、三相电源和直流电源。
　　在电力系统中,如果使用220V的直流电源(蓄电池)给PLC供电,可以显著地减少来自交流电源的干扰,在交流电源消失时,也能保证PLC的正常工作。某些PLC(如三菱公司的FX系列PLC)的电源输入端内有一个直接对220V交流电源整流的二极管整流桥,整流滤波后的直流电压送给PLC内的开关电源。开关电源的输入电压范围很宽,这种PLC也可以使用220V直流电源。使用交流电源时,整流桥的每只二极管只承受一半的负载电流,使用直流电源时,有2只二极管承受全部负载电流。考虑到PLC的电源输入电流很小,在设计时整流二极管一般都留有较大的裕量,这种PLC如使用直流220V电源电压不会有什么问题。
　　3安装与布线的注意事项
　　二次布线时,应考虑隔离,减少互感耦合,避免干扰由互感耦合侵入。控制电缆尽可能离开高压母线,并尽可能减少平行布设长度。避雷器和避雷针的接地点、电容式电压互感器等,都是高频暂态电流的入地点,控制电缆也尽可能离开它们,以便减少感应耦合。强、弱信号的传输不应使用同一电缆,同时,信号电缆的布设,应尽可能避开电力电缆,或尽量增大与电力电缆的距离,并尽量减少平行布设长度。
　　开关量信号(如按钮、限位开关、接近开关等提供的信号)一般对信号电缆无严格的要求,可选用一般的电缆,信号传输距离较远时,可选用屏蔽电缆。模拟信号和高速信号线(如脉冲传感器、计数码盘等提供的信号)应选择屏蔽电缆。通信电缆要求可靠性高,有的通信电缆的信号频率很高(如上兆赫),一般应选用PLC生产厂家提供的专用电缆,在要求不高或信号频率较低时,也可以选用带屏蔽的双绞线电缆。
　　PLC应远离强干扰源。如大功率可控硅装置、高频焊机和大型动力设备等。PLC不能与高压电器安装在同一个开关柜内,在柜内PLC应远离动力线(二者之间的距离应大于200mm)。与PLC装在同一个开关柜内的电感性元件,如继电器、接触器的线圈,应并联Rc消弧电路。
　　PLC的I/O线与大功率线应分开走线,如必须要在同一线槽中布线,信号线应使用屏蔽电缆。交流线与直流线应分别使用不同的电缆,开关量与模拟量I/O线应分开敷设,后者应采用屏蔽线。不同类型的线应分别装入不同的电缆管或电缆槽中,并使其有尽可能大的空间距离。
　　如果模拟量输人/输出信号距离PLC较远,应采用4mA～20mA的电流传输方式,而不能采用易受干扰的电压传输方式。
　　传送模拟信号的屏蔽线,其屏蔽层应一端接地,为了泄放高频干扰,数字信号线的屏蔽层应并联电位均衡线,其电阻应小于屏蔽层电阻的1/10,并将屏蔽层两端接地。如果无法设置电位均衡线,或只考虑抑制低频干扰时,也可以一端接地。不同的信号线最好不用同一个插接件转接,如必须用同一个插接件,要用备用端子或地线端子将它们分隔开,以减少相互干扰。