浅谈电磁干扰对PLC控制系统运行的影响.pdf

2 0 1 0 年第 6期 2 0 1 0 年 l 2 月 铸造设备与工艺 F 0UNDRY E OUI P ME NT AND T E CHNOL OGY De e ． 2 01 0 N o 6 ．铸造设备 浅谈电磁干扰对 P L C控制系统运行的影响 郑海彪 广西玉柴机 器股份有限公 司， 广西 玉林5 3 7 0 0 5 摘要 论述了应用西门子 S 7 3 0 0 P L C控制系统的连续式砂芯表干炉在调试运行中出现的电磁干扰问题 ， 分析 了电磁 干扰 源的成 因及采取 的抗干扰措施。 关键 词 变频器 ； 电磁干扰 ； 控 制 系统； 抗干扰措 施 中图分类号 T G 2 3 1 ． 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 4 6 6 9 4 2 0 1 0 0 6 0 0 0 3 - 0 2 I n flue nc e o f El e c t r o ma g ne t i c I nt e r f e r e n c e o n PLC Co nt r o l Sy s t e m ZHENG Hai -b i a o G u a n g x i Y u c h a i Ma c h i n n e r y C o ． ， L t d ． ， y “ n G u a n g x i 5 3 7 0 0 5 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e e l e c t r o ma g n e t i c i n t e r f e r e n c e E MI w i t h s e q u e n t i a l s a n d C o r e d r y i n g f u r n a n c e u s i n g s i mn s S 7 3 0 0 P L C s y s t e m a r e d i s c u s s e d ， a n d t h e c a u s e s a n d me a s u r e s o f e l e c t r o m a g n e t i c i n t e r f e r e n c e E M I a r e a n a l y z e d ． Ke y w o r d s t r a n s d u c e r ， e l e c t r o m a g n e t i c i n t e r f e r e n c e E M I ， c o n t r o l s y s t e m， a n t i - - j 。a mm i n g m e a s u r e s 我厂机体车 间制芯工段是铸造 厂铸件 生产 中 第一道工序的生产场所 ， 主要 以生产砂芯并通过浸 涂 、 烘烤达到工艺要求。为提高生产能力新建 了一 套连续式砂芯表干炉装置 ， 对整体浸涂后的砂芯进 行连续烘烤 ， 控制过程较为复杂 ， 采用 了西 门子 s 7 3 0 0 P L C控制系统 、西 门子 MI C R O MA s T E R 4 2 O型 MM 4 2 0 变频器等设备来达到控制要求。在调试生 产阶段 ，由于电磁干扰 ．时常导致西门子 s 7 3 0 0 P L C控制系统运行 出现故障 ，严重影响 了生产 效率与进度。 有关 P L C控制系统运行的稳定性分析 与提高， 在许多著作中均有论述。本文仅就笔者所 在工段新建 的连续式砂芯表干炉 出现 的电磁 干扰 影 响到西 门子 S 7 3 0 0 P L C控制 系统运行 的情况作 一 探讨 1 设备状况 连续式砂芯表干炉装置 由南京年达炉业 科技 有限公司制造 。设计时按生产工艺要求采用分段式 控制 上料驱动 、 炉 内驱动 、 下 出 料驱动 、 返 回驱 动等， 形成一个封闭的、 能连续生产的烤炉装置 ； 其 中炉内驱动 、 下 出 料空冷驱动采用变频 器控制 ， 使得运转速度平稳可调 。整个 装置 由西 门子 S 7 一 收稿 日期 2 0 1 0 1 0 1 0 作者简介 郑海彪 1 9 7 5 一 ， 男 ， 助理工程师。 主要从事电气设备的修 复、 维护工作 。 3 0 0 P L C控制系统进行控制，主控制柜安装在炉体 中段 ， 炉内驱动 电机分布于整条炉体 。 1 连续式砂芯表干炉主要参数如下 编号 N D 0 9 - - 0 4 ． 外形尺寸 8 7 2 0 0 IT I E N 2 3 0 0 ml I I X 4 8 6 0 mi l l ， 干燥温度 1 6 0℃一 2 3 0 o C 可调 ， 质量 7 5 t ，干燥 时间 9 0 m i n ，装机 容量 1 3 5 0 k W／ 3 8 0 V ／ 5 0 Hz ， 温区 5区 ， 冷 炉升温时 间 6 0 m i n ， 生 产率 4 5盘／ h 。 2 变频器工况 表干炉 的炉 内驱动 由 9台 0 ． 5 5 k w／ 台的三相 异步 电机提供 ； 下 出 料空冷驱动 由 1台 、 0 ． 5 5 k W 的三相异步 电机提供 。炉内驱动 电机分两组 ， 分别 由两 台 5 ． 5 k W 的西 门子 MM 4 2 0型变频器控制 下 出 料空冷驱 动 电机 由 1台 、 0 ． 7 5 k W 的西 门子 MM 4 2 0 型变频器控制。一共使用 3台变频器， 与西 门子 S 7 3 0 0 P L C控制 系统主站并列安装在炉体中 段的主控制柜的机架上 2问题及原 因分析 在调试生产阶段 ， 设备投入 自动运行后 ， 时常 出现西门子 S 7 3 0 0 P L C控制系统 运行故障 ，造成 P L C控制器频繁停机 ．整条表干炉无法继续运转 ． 严重影响生产甚至造成停产的重大事故。 经观察 ，造成 P L C控制器故障的问题是 P L C 控制系统主站有较强的电磁干扰源。 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m D e c ． 2 O l O №6 铸 造 设 备 与 工 艺 2 0 1 0 年第6 期 经调查研究发现 ， 造成 P L C控制系统运行故障 的主要原 因是 P L C控 制器 主站 的运 行环境 较恶 劣 ， 在设计 、 安装上存在很 多不足 ， 比如 接地线 的 布置、 变频器的输出等。 其中， 变频器运行时产生的 电磁干扰犹为明显 1 机体车间是我厂一个较老旧的车间， 供 电系 统为三相四线制 ， 电气设备自动化程度较低 ， 接地 方式采用 T N C系统。如图 1 所示 。 M ～ 图 1 T N C接地系统 随着生产的发展 ， 一 电气设备 自动化 程度 B 越来越高 ． P L C控制系 r 统 、 变频器等设备越来 PEN 越多。 自动化电气设备 运行 时对接地 系统要 求较高，但因条件所 限． 新增 的 自动化电气 设备 经常在较 为恶劣 的现场环境 中工作 ， 电 磁干扰现象普遍。 2 在连续式砂芯表干炉中， 变频器运行产生的 漏电流干扰是西 门子 S 7 3 0 0 P L C控制器 的主要强 干扰源 ，这与变频器在表干炉 中使用 的方式有关。 一 台变频器控制多台同步运行的电机 。 只能采用 u ／ f 控制方式 ， 即电压源脉宽调制 P WM 控制方式 ， 变 频器中的电力电子元件工作在开关状态，电压、 电 流上升率 d u ／ d t 、 d i／ d t 较大， 含有丰富的高次谐波， 这 些高次谐波成分会通过 电缆 的寄生 电容和公共 阻 抗形成漏电流， 产生传导电磁干扰。而对于变频器 来说 ． 多数情况下产生的传导干扰是 以共模干扰 为 主的 ． 所谓共模干扰是指由相线或 中线与地线构成 回路里的干扰源 。变频器运行时产生的共模干扰电 流就是系统的漏电流。正是 由于变频器运行产生的 过 大漏 电流 通过共 模 的方 式传 导 干扰 了西 门子 P L C控制器， 使之不能正常运行。而变频器产生漏 电流过大 的原因则是和变频器 与电机电缆 的长度 有关 ． 一般情况下 ， 变频器与电机 电缆的长度是有 规定的 如表 2 为西门子公司提供的数据 ， 若长度 过长则会引起变频器的漏 电流过大。 在表干炉中 ， 炉体长约 8 7 r n ， 主控制柜虽然安 装在炉体 中段 ， 但变频器的输 出电缆不是指它到最 远的电机的长度 ． 而是变频器到所有 电机的电缆长 度之和 ， 这样 ， 变频器的输出电缆长度远大于 1 0 0 m 以上了。 众所周知， 线缆之间有电容效应存在， 当电 缆较短时， 电容值很小， 可以忽略不计 ， 但是当电缆 4 过长的情况下 ， 导线问的寄生电容的影响不能忽略 不计 ， 导线越长 ， 产生的漏 电流越大 ， 干扰越严重。 正如上述 ， 变频器的工作方式采用 P WM 控制 ， 它 的电力 电子元件是工作在开关状态的 。当 d u ／ d t 变 化过大而电缆太长时 ， 会产生很大的漏电流， 如表 l 所示 。 表 1 输出滤波电抗器与允许导线长度 非屏蔽导线允许的量大长度， m 变频器功 - g ／ k W 额定电压， V 无输出电抗器 有输出电抗器 4 2 0 o 6 oo 5 0 l 5 0 5．5 2 0 0 -6 0 0 7 0 2 0 o 7．5 2 0 0 6 0 0 l 0 0 2 2 5 l 1 2 0 0 6 o o 1 1 O 2 4 0 1 5 2 0 0 -6 0 0 1 2 5 2 6 0 1 8 ．58 2 o o - 6 0 0 1 3 5 2 8 0 2 2 2 0 0 -6 0 0 1 5 0 3 o 0 3 0 2 0 0 3 8 0 - 6 9 0 1 5 0 3 o o 因此 ，连续式砂芯表干炉在调试生产阶段 ， 西 门子 s 7 3 0 0 P L C控制器主站受干扰出现停机故障 主要是 由于变频器产生 的漏 电流及接地线的不合 理而引起 的。 3 对策措施 针对以上 问题 ． 对表 干炉 的西门子 S 7 3 0 0 P L C 控制系统与变频器 的安装作 了调整和改进 。 1 重新布置可靠的接地系统。 根据车间供电系 统的实际情况 ， 用足够大 的扁钢把主控制柜外壳与 炉体外壳焊接在一起并接人车间的接地网络 中； 西 门子 S 7 3 0 0 P L C控制器与变频器接地线重新布置 连接妥当。这样 ， 使主控制柜上感应 的高频干扰 电 压有一个低阻抗 的泄漏通道 ， 使之不能存在积蓄 电 荷而使控制柜机壳电压升高 ， 有利 于抑制干扰的冲 击 。 2 根据变频器与电机之间的连接电缆过长引 起 的漏 电流过大而造成强干扰 的情况 ， 同时 ， 按照 实际情况 ， 参照表 2的相关数据 ， 分别在 变频器 的 输 出端接人滤波电抗器。输 出电抗器的选择按额定 电流的原则进行 ，即输 出电抗 器的额定 电流 ≥ 1 ． 1 ～ 1 ．2 l b 1 b 设是变频器的输出额定电流 ， 1 ． 1 1 ．2 倍是考虑相关裕量。电抗器的额定电压按 电机额定 电压选择即可。因此 ， 在表干炉的 3台变频器中，有 2台是 MM4 2 0型、 5 ． 5 k M 的变频器 ， ， b 是 1 3 ． 2 A，选 择的电抗器的 是 1 5 A，电感量约 0 ． 4 7 mH； 另 1 台 下转第 1 2页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m