PLC控制的变频调速系统应用于矿井提升机中的抗干扰措施.pdf

忌第 1 4 4期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 7 9 8 ． 2 0 1 1 ． 0 8 ． 0 3 1 P L C控制的变频调速 系统应 用于矿井 提 升机 中的抗 干扰 措施 王智勇 1 ． 太原理工大学，山西 太原0 3 0 0 2 4； 2 ． 潞安职业技术学院，山西 长治0 4 6 2 0 4 摘要 结合矿井提升机的运行环境 ， 简要论述了P L C控制的变频调速系统的干扰来源， 并总结了提高系 统可靠性和消除干扰的常用技术方法及措施。 关键词 P L C； 变频调速； 干扰来源； 抗干扰措施 中图分类号 T D 5 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 5 ． 2 7 9 8 2 0 1 1 J O 8 ． 0 0 7 4 ． 0 2 近年来， 以可编程控制器 简称 P L C 为核心控 制元件的系统在矿井提升机控制领域得到了 E l 益广 泛的应用。特别是 P L C与变频器的结合使得以交 流异步电动机 ， 同步电动机为动力的提升机拖动控 制系统， 其控制性能几乎达到了与直流电机拖动系 统相媲美 的程度 ， 在大 中型矿井提升机系统 中得到 了优良的运行效果， 为我国煤炭集团化、 规模化开采 打下了坚实的基础 ， 必将成 为我 国煤炭提升控制领 域的发展趋势。 但是， 系统能否正常可靠运行， 除了系统软、 硬 件设计科学、 完善、 合理外， 更重要的是系统必须有 良好 的抗干扰性能 。由于可编程控制器主要应用于 工业现场 ， 特别是在煤炭生产作业 环境 ， 存 在着潮 湿、 粉尘、 震动、 电磁干扰等多种干扰因素， 对于 P L C 和变频器组成 的控制系统来说抗干扰处 理非常重 要 。P L C工作灵敏度高 ， 很容易受到各种 电磁干扰 ， 引起误动作。下面对系统干扰来源及抗干扰措施做 简要分析 。 1 系统干扰的主要来源 1 ． 1 来 自空间的辐射干扰 空间辐射 电磁场 的影响主要通过两条路径 一 是直接对 P L C内部的辐射， 由电路感应产生干扰； 二是对 P L C通信内网络的辐射， 由通信线路的感应 引入干扰 。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生 的电磁场大小， 特别是频率有关， 一般通过设置屏蔽 电缆和 P L C局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。 1 ． 2 来 自系统外引线的干扰 主要通过电源和信号线引入， 通常称为传导干 扰。这种干扰通常来 自三个方面。 7 4 1 来 自电源的干扰 如过电压、 欠电压、 电网 谐波等 。 2 来 自 信号线引入的干扰 此干扰主要有两 种途径， 一是通过变送器供电电源或共用信号仪表 的供电电源串人的电网干扰， 这往往被忽视； 二是信 号线受空间电磁辐射感应的干扰， 即信号线上的外 部感应干扰 ， 这是很严重的。 3 来 自接地 系统混乱 时 的干扰 正确 的接 地， 既能抑制电磁干扰的影响， 又能抑制设备向外发 出干扰； 而错误的接地， 反而会引入严重的干扰信 号， 使 P L C系统将无法正常工作。P L C控制系统的 地线包括系统地、 屏蔽地、 交流地和保护地等。接地 系统混乱对 P L C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 。 1 ． 3 来 自相邻变频器的干扰 变频调速系统中 p l e 需要与变频器配合使用， 由 P L C的输 出控制变频器 的运行 。变频器运行过 程 中产生谐波对电网产生传导干扰 ， 引起电网电压 畸变， 影响电网的供电质量； 变频器的输出会产生较 强的电磁辐射干扰 ， 影响系统正常工作。 1 ． 4 来 自 P L C系统内部的干扰 这属于 P L C制造厂对 系统内部进行 电磁兼容 设计的内容， 比较复杂， 作为应用部门是无法改变 的， 可不必过多考虑。 2 针对上述干扰因素本系统所采取的抗干 扰措施 1 目前市场上出售的变频器输出电流中含 有多种谐波， 是强电磁干扰源。为了防止变频器对 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 6 - 1 0 作者简介 王智勇 1 9 7 4 一 ， 男， 山西代县人 ， 在职硕士研究生， 讲师， 从事电气教学工作。 2 0 1 1年 8月 王智勇 P L C控制的变频调速系统应用于矿井提升机中的抗干扰措施 第2 0卷第8期 P L C的干扰， P L C的安装应尽量远离变频器。 2 保证 P L C柜良好的通风环境， 在设备现 场， 要充分考虑周围环境的影响， 尽量不要将 P L C 安装在多尘、 有油烟、 有导电灰尘、 有腐蚀性气体、 振 动 、 热源或潮湿的地方。 3 在矿 山提升 系统 中变频器 和 P L C常处 于 高湿度的场所 ， 常发生绝缘 劣化和金 属部分腐蚀 。 所 以必须加装除湿装置 ， 防止变频器和 P L C停止工 作时结露 。另外在提升机周 围振动大 ， 需在变频器 和 P L C侧加装隔振器或防振橡胶。以减少振动对 其性能的影响。 4 引至 P L C柜 的电缆要尽量远离那 些会 产 生电磁干扰的装置， 信号线与动力线尽可能垂直， 不 得不平行时尽可能保持较大的间距， 信号线与动力 线之间设置隔离金属板 ； 同一多心电缆 内走 同种类 的信号。这样可以有效的减少干扰信号的耦合。 5 同一电平等级的信号才能用一条多芯电 缆传输。对数字信号和模拟信号， 在任何情况下， 都 必须分开电缆进行传输。低电平信号线应与其它信 号线分开。尽量缩短模拟量信号线的长度， 并采用 双芯屏蔽线作为信号线。 6 信号传输线路采用带有绝缘护套的金属 屏蔽层的屏蔽电缆 ， 所有屏蔽 电缆层汇线接地 ， 多芯 电缆中的备用芯线也要一端接地， 这样通过屏蔽层 接地可扩大屏蔽作用 ， 使导线与导线之间的耦合趋 近于零 ， 有效抑制芯线间干扰 。 7 变频器 、 电动机和变频器负荷 电缆屏蔽层 的两端必须可靠接地， 必要时可设置变频器专用接 地装置。 8 变频器和 P L C的输入信号电缆、 输出信号 电缆和电力 电缆 包括变频器 主回路配线 都要分 开敷设， 不能扎在一起， 不能与在同一根铁管或同一 配线槽内敷设。信号电缆接线端子均安装在柜体下 侧。 9 所有机柜、 操作台等均需保护接地， 台柜 内需有独立的 P L C直流 地、 机壳安全地 、 电缆屏蔽 地接地端子 ， 与结构内部未接地 电路板在电气上隔 离。电源柜、 动力柜、 变频柜进线方式均为 下进下 出 。 1 0 变频器 和 P L C周 围的控制 回路 的接 触 器 ， 继电器的线圈、 触点在开闭时 ， 会 因电流急剧变 化而产生很强的电磁干扰， 有时会使变频器和 P L C 的控制回路产生误动作， 为此， 可以在这种线圈、 触 点两端并联一组阻容吸收回路 ， 以起到滤波作用 ， 以 便滤除变频器对输出点电源的干扰。 1 1 安装输入输 出电抗器 输人 输 出侧选用 合适的电抗器与变频器配套使用， 可以提高变频器 系统的可靠性、 运行性能和效率， 延长变频器和电动 机的寿命 。变频器的一次侧安装进线电抗器 ， 可以 降低谐波电流， 改善功率因数， 最大限度地减少谐波 对电动机及其他设备的影响； 抑制电网电流的冲击， 有效地保护变频器免受来自电源谐波的影响。变频 器二次侧安装负载电抗器 又称输 出电抗器 ， 可 以补 偿和限制长电缆容性充电电流， 使电动机在进线较 长时免受过电压、 P WM 电压脉冲的电气应 力、 过热 和定子绝缘恶化等损害； 同时可吸收输出谐波， 降低 电动机噪声 ； 限制电动机绕组电压上升率； 起限流器 的作用 ， 在电机短路的情况下还可保护变频器 ； 减缓 短路电流上升率， 保护电路有时间对短路作出反应 ； 会吸收电动机负载引起的电流浪涌 ， 可避免变频器 误跳闸。 1 2 加装输 出正弦滤波器 ， 可 以有效 降低 电 动机电流的总谐波失真度 ， 减少电机谐波发热， 转矩 脉动， 以及较大的电压跳变率对电机绝缘的影响。 3 结语 总之 ， 控制系统的抗干扰问题是一个 十分复杂 的问题 ， 笔者只是对之做 了一些简要的分析归纳 ， 在 以 P L C和变频器组成的实际控制系统中 ， 要想真正 地保持系统的稳定、 可靠运行， 还必须结合系统的实 际运行环境 ， 综合 考虑各方 面的干扰 因素 ， 分清主 次、 对症下药地采取有效措施 ， 才能尽可能有效的抑 制系统干扰 ， 保证系统的正常工作 。 参考文献 [ 1 ] 李晋兵． P L C控制系统抗干扰技术的应用[ J ] ．科技情 报开发与经济， 2 0 0 6 1 0 5 5 4 ． [ 2 ] 孙延永 ， 刘美侠． 提高 P L C控制系统可靠性的措施 [ J ] ． 机电产品开发与创新， 2 0 0 8 3 1 3 41 3 6 ． [ 3 ] 孙平．可编程控制器原理及应用[ M] ． 北京 高等教 育出版社， 2 0 0 2 ． 【 责任编辑 魏晋英] 75