發(fā)電站中PLC控制系統(tǒng)的可靠性措施

1、發(fā)電站中PLC控制系統(tǒng)的可靠性措施 發(fā)電站工業(yè)環(huán)境的特點(diǎn)發(fā)電站的空間存在極強(qiáng)的電磁場(chǎng)，發(fā)電機(jī)的電壓高達(dá)數(shù)千，電流高達(dá)數(shù)百安甚至數(shù)千安，開(kāi)關(guān)站的輸出電壓高達(dá)數(shù)十干伏或數(shù)百千伏。由于現(xiàn)場(chǎng)條件的限制(例如老設(shè)備的改造)，有時(shí)上百米長(zhǎng)的強(qiáng)電電纜和FLc的信號(hào)電纜不能有效的分隔開(kāi)，甚至只能敷設(shè)在同一電纜溝內(nèi)。高電壓、大電流接通和斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)電干擾可能會(huì)在PLc輸入線上產(chǎn)生很強(qiáng)的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，足以使PLC輸入端的光電鍋臺(tái)器中的發(fā)光二極管發(fā)光，使光電耦臺(tái)器的抗干擾作用失效，導(dǎo)致PLC產(chǎn)生誤動(dòng)作。如某水電站中的PLC在站內(nèi)無(wú)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)工作正常，發(fā)電機(jī)起動(dòng)運(yùn)行后經(jīng)常出現(xiàn)誤動(dòng)作，可以觀察到在沒(méi)有輸入信號(hào)

2、時(shí)PLC輸入點(diǎn)的發(fā)光二極管有時(shí)也會(huì)閃動(dòng)。干擾信號(hào)除了經(jīng)PLC的輸入端侵入PLC外，也可能經(jīng)PLC的電源侵入PLC。與一般的工業(yè)環(huán)境不同，發(fā)電站的繼電器控制系統(tǒng)中的繼電器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如斷路器、接觸器和電磁閥等)使用的是直流220V電源，在設(shè)計(jì)PLC的輸出電路時(shí)，應(yīng)充分考慮這一特點(diǎn)。2抗干擾的隔離措施PLc內(nèi)部用光電鍋臺(tái)器、輸出模塊中的小型繼電器和光電可控硅等器件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外部開(kāi)關(guān)量信號(hào)的隔離，PLc的模擬量I0模塊一般也采取了光電鍋臺(tái)的隔離措施。這些器件除了能減少或消除外部干擾對(duì)系統(tǒng)的影響外，還可以保護(hù)CPU模塊，使之免受從外部竄入PLC的高電壓的危害，因此一般沒(méi)有必要在PLc外部再設(shè)置干擾隔離器

3、件。如果PLc輸入端的光電耦合器不能有效地抵抗干擾，可以用小型繼電器來(lái)隔離發(fā)電站中用長(zhǎng)線引入PLC輸入端的開(kāi)關(guān)量信號(hào)。光電耦合器中發(fā)光二極管的工作電流僅數(shù)毫安，而小型繼電器的線圈吸合電壓為數(shù)十毫安，強(qiáng)電干擾信號(hào)通過(guò)電磁感應(yīng)產(chǎn)生的能量一般不可能使隔離用的繼電器吸合。有的系統(tǒng)需要使用外部信號(hào)的多對(duì)觸點(diǎn)，例如一對(duì)觸點(diǎn)用來(lái)給PLC提供輸入信號(hào)，一對(duì)觸點(diǎn)用來(lái)給上位計(jì)算機(jī)提供開(kāi)關(guān)量信號(hào)，一對(duì)觸點(diǎn)用于指示燈，使用繼電器轉(zhuǎn)接輸入信號(hào)既能提供多對(duì)觸點(diǎn)，又實(shí)現(xiàn)了對(duì)強(qiáng)電干擾信號(hào)的隔離。PLC來(lái)自開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的輸入信號(hào)和距開(kāi)關(guān)柜不遠(yuǎn)的輸入信號(hào)一般沒(méi)有必要用繼電器來(lái)隔離。為了提高抗干擾能力，PLc的外部信號(hào)、PLC和計(jì)算機(jī)

4、之間的串行通信線路也可以用光纖或帶光電耦合器的通信接口來(lái)隔離，在要求防火、防爆的環(huán)境更適于采用這種方法。3對(duì)電源的處理電源是干擾進(jìn)PLc的主要途徑之一，電源干擾主要是通過(guò)供電線路的阻抗耦合產(chǎn)生的，各種大功率用電、發(fā)電設(shè)備是主要的干擾源。如果PLC使用交流電源，在干擾較強(qiáng)或?qū)煽啃砸蠛芨叩膱?chǎng)合，可以在PLc的交流電源輸入端加接帶屏蔽層的隔離變壓器和低通濾波器(見(jiàn)圖1)，隔離變壓器可以抑制竄入的外來(lái)干擾，提高抗高頻共模干擾能力，屏蔽層應(yīng)可靠地接地。 圖1電源的抗干擾措施確 低通濾波器可以吸收掉電源中的大部分“毛刺”，圖中的Ll和12用來(lái)抑制高頻差模電壓，L3和L4是用等長(zhǎng)的導(dǎo)線反向繞在同一磁環(huán)上

5、的，50Hz的工頻電流在磁環(huán)中產(chǎn)生的磁通互相抵消，磁環(huán)不會(huì)飽和。兩根線中的共模干擾電流在磁環(huán)中產(chǎn)生的磁通是迭加的，共模干擾被L3和L4阻擋。圖中的Cl和C2用來(lái)濾除共模干擾電壓，c3用來(lái)濾除差模干擾電壓。R是壓敏電阻，其擊穿電壓略高于電源正常工作時(shí)的最高電壓，平常相當(dāng)于開(kāi)路。遇尖峰干擾脈沖時(shí)被擊穿，干擾電壓被壓敏電阻鉗位，后者的端電壓等于其擊穿電壓。高頻干擾信號(hào)不是通過(guò)變壓器的繞組耦合，而是通過(guò)初級(jí)、次級(jí)繞組之間的分布電容傳遞的。在初級(jí)、次級(jí)繞組之間加繞屏蔽層，并將它和鐵芯一起接地，可以減少繞組間的分布電容，提高抗高頻干擾的能力。也可以直接選用電源濾波器產(chǎn)品，如北京中石公司的電源濾波器具有良好

6、的共模濾波、差模濾波性能和高頻干擾抑制性能，能有效抑制線與線之間和線與地之間的干擾，其產(chǎn)品可用于交流單相，三相電源和直流電源。在電力系統(tǒng)中，如果使用220v的直流電源(蓄電池)給PLC供電，可以顯著地減少來(lái)自交流電源的干擾，在交流電源消失時(shí)，也能保證FLC的正常工作。某些PLC(如三菱公司的FX系列PLC)的電源輸入端內(nèi)有一個(gè)直接對(duì)220v交流電源整流的二極管整流橋，整流濾波后的直流電壓送給PLc內(nèi)的開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源的輸入電壓范圍很寬，這種PLc也可以使用220v直流電源。使用交流電源時(shí)，整流橋的每只二極管只承受一半的負(fù)載電流，使用直流電源時(shí)，有2只二極管承受全部負(fù)載電流?？紤]到PLc的電源

7、輸入電流很小，在設(shè)計(jì)時(shí)整流二極管一般都留有較大的裕量，這種PLc如使用直流220v電源電壓不會(huì)有什么問(wèn)題。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的工業(yè)運(yùn)行，證明上述方案是可行的。4 PLC輸出端的可靠性措施繼電器輸出模塊的觸點(diǎn)工作電壓范圍寬，導(dǎo)通壓降小，與晶體管型和雙向可控硅型模塊相比，承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)，但是動(dòng)作速度較慢。系統(tǒng)輸出量變化不是很頻繁時(shí)，一般選用繼電器型輸出模塊。PLc輸出模塊內(nèi)的小型繼電器的觸點(diǎn)很小，斷弧能力很差，不能直接用于發(fā)電站的DC220v電路中，必須用PLc驅(qū)動(dòng)外部繼電器，用外部繼電器的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)DC220v的負(fù)載。斷開(kāi)直流電路要求較大的繼電器觸點(diǎn)，接通同一直流電路可用較小的觸點(diǎn)。選擇外

8、接的繼電器時(shí)，應(yīng)仔細(xì)分析是用PLc來(lái)控制接通還是斷開(kāi)外部回路。例如水電站中用得較多的DC220v電磁閥內(nèi)部有與其線圈串聯(lián)的限位開(kāi)關(guān)常閉觸點(diǎn)，電磁閥線圈通電，閥芯動(dòng)作后，是用閥內(nèi)部的觸點(diǎn)來(lái)斷開(kāi)電路的。在這種情況下，可以選用觸點(diǎn)較小的小型繼電器來(lái)轉(zhuǎn)接PLc的輸出信號(hào)。5安裝與布線的注意事項(xiàng)開(kāi)關(guān)量信號(hào)(如按鈕、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等提供的信號(hào))一般對(duì)信號(hào)電纜無(wú)嚴(yán)格的要求，可選用一般的電纜，信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，可選用屏蔽電纜。模擬信號(hào)和高速信號(hào)線(如脈沖傳感器、計(jì)數(shù)碼盤(pán)等提供的信號(hào))應(yīng)選擇屏蔽電纜。通信電纜要求可靠性高，有的通信電纜的信號(hào)頻率很高(如上兆赫)，一般應(yīng)選用PLc生產(chǎn)廠家提供的專(zhuān)用電纜，在要

9、求不高或信號(hào)頻率較低時(shí)，也可以選用帶屏蔽的雙絞線電纜。PLc應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源。如大功率可控硅裝置、高頻焊機(jī)和大型動(dòng)力設(shè)備等。PLc不能與高壓電器安裝在同一個(gè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，在柜內(nèi)PLc應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線(二者之間的距離應(yīng)大于200mm)。與PLC裝在同一個(gè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的電感性元件，如繼電器、接觸器的線圈，應(yīng)并聯(lián)Rc消弧電路。PLC的I0線與大功率線應(yīng)分開(kāi)走線，如必須要在同一線槽中布線，信號(hào)線應(yīng)使用屏蔽電纜。交流線與直流線應(yīng)分別使用不同的電纜，開(kāi)關(guān)量、模擬量I0線應(yīng)分開(kāi)敷設(shè)，后者應(yīng)采用屏蔽線。不同類(lèi)型的線應(yīng)分別裝入不同的電纜管或電纜槽中，并使其有盡可能大的空間距離。如果模擬量輸人輸出信號(hào)距離PLC較遠(yuǎn)，應(yīng)采用420mA或0.10mA的電流傳輸方式，而不是易受干擾的電壓傳輸方式。傳送模擬信號(hào)的屏蔽線，其屏蔽層應(yīng)一端