探析如何提高电力系统中PLC的可靠性

探析如何提高电力系统中ＰＬＣ的可靠性

程兵

（贵州黔源电力引子渡发电厂，贵州安顺５５０００２）

摘要：ＰＬＣ控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，发电厂在抗干扰设计或技术改造中应综合考虑各方面的因素，只有合理有效地抑制干扰，才能够使ＰＬＣ控制系统正常工作。结合实际分析了发电厂中ＰＬＣ控制系统普遍存在的干扰问题，并提出了抗干扰措施。

针对发电厂中ＰＬＣ控制系统普遍存在的干扰问题，分析了ＰＬＣ控制系统干扰信号的来源，对发电厂中ＰＬＣ控制系统从隔离、电

源、输出端、安装与布线等几方面，提出了一些抗干扰措施，以此提高电力系统巾ＰＬＣ的抗干扰能力和可靠性。关键词：成因；干扰信号：抑制措施

１

ＰＬＣ控制系统干扰信号成因

ＰＬＣ作为一种自动化程度高、配置灵活的工业生产过程控

制装置，因其本身的高可靠性，在自动控制领域中得到广泛应用。但ＰＬＣ控制系统本身也存在薄弱环节（在Ｉ／Ｏ端口），虽然该系统具有与现场可靠的隔离和端口之问的隔离以及端口输入、输出信号与总线信号之间的隔离，但由于ＰＬＣ的应用场合越来越广，应用环境越来越复杂，所受到的干扰也越来越多。发电厂的空间存在极强的电磁场，发电机电压高达数千伏，电流高达数百安甚至数千安，开关站的输出电压高达数十千伏或数百千伏。由于现场条件的限制（如设计原因或老设备的改造等），有时百米长的强电和ＰＬＣ的信号电缆不能有效分隔，甚至只能敷设在同一电缆沟或电缆桥架内，高电压、大电流接通和断开时产生的强电干扰，可能会在ＰＬＣ输入线上产生很强的感应电压和感应电流，足以使ＰＬＣ输入端的光电耦合器中的发光二极管发光，使光电耦合器的抗干扰作用失效，导致ＰＬＣ误动作、程序紊乱、装置死机等。干扰信号除了经ＰＬＣ的输入端侵入ＰＬＣ外，也可能经ＰＬＣ的电源侵入ＰＬＣ。同时，系统内部元器件及电路间也会相互产生电磁辐射，存在来自于ＰＬＣ系统内部的干扰。如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。各种形式的干扰，都可能使系统不能正常工作，因此研究ＰＬＣ控制系统干扰信号的来源、成因及抑制措施，对于提高ＰＬＣ控制系统的抗干扰能力和可靠性具有重要作用。

２抑制措施

２．１隔离措施

在ＰＬＣ内部，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／０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的高电压危害，因此一般没有必要在ＰＬＣ外部再设置干扰隔离器件。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厂中用长线引入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为毫安级，而小型继电器的线圈吸合电流为数十毫安，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离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

万方数据

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隔离，在要求防火、防爆的环境中更适于采用这种方法。

２．２电源措施

电源是干扰侵入ＰＬＣ的主要途径之一。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１）。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，但屏蔽层应可靠接地。

图１加接隔离变压器和低通滤波器的电源抗干扰措施

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ＩＪ２用来抑制高频差模电压，ｋ和ＩＪ４是用等长的导线反向绕在同一磁环上，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ｋ和Ｌ４阻挡。图１中的Ｃ，和Ｃ：用来滤除共模干扰电压，Ｃ，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传递，而是通过初级、次级绕组之间的分布电容传递。在初级、次级绕组之间加绕屏蔽层，并将与铁心一起接地，可以减小绕组间的分布电容，提高抗高频干扰的能力，保证电源的可靠供电。

２．３

ＰＬＣ输出端措施

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，不能直接用于发电厂的ＤＣ２２０Ｖ电路，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

（下转第２５页）

广东科技２０１３４第８期５９

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