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0引言
干混攪拌站作為干混砂漿生產(chǎn)的重要設(shè)備，其自動(dòng)化控制系統(tǒng)在生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)安全和穩(wěn)定運(yùn)行中起著非常重要的作用。在干混攪拌站的電氣設(shè)備控制中，目前主要應(yīng)用了PLC控制系統(tǒng)，因此PLC的抗干擾能力是整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。
可編程控制器(PLC)是在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常使用的控制裝置，因此在設(shè)計(jì)制造時(shí)已采取了很多措施，其環(huán)境適應(yīng)能力比較強(qiáng)。但干混攪拌站現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件過(guò)于惡劣，如溫度過(guò)高、粉塵過(guò)多、振動(dòng)過(guò)大、沖擊過(guò)強(qiáng)，以及電磁干擾嚴(yán)重等問(wèn)題都會(huì)直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)的正常、安全和可靠運(yùn)行。如果不在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，那么用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)其可靠性就會(huì)大打折扣。因此，必須針對(duì)干混攪拌站所采用的工藝、電氣設(shè)備的特點(diǎn)，對(duì)可能影響控制系統(tǒng)工作的干擾源進(jìn)行認(rèn)真分析，在設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試過(guò)程中采用相應(yīng)的抗干擾措施，以確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。
1耐環(huán)境干擾設(shè)計(jì)
惡劣的工況會(huì)影響電氣元件正常的動(dòng)作，從而出現(xiàn)無(wú)法接通、接觸不良等情況。例如灰塵對(duì)執(zhí)行元件觸點(diǎn)的影響會(huì)使元件出現(xiàn)接觸不良，從而影響執(zhí)行元件的正常動(dòng)作，造成控制系統(tǒng)不穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞系統(tǒng)。
1．1防振設(shè)計(jì)
攪拌機(jī)、分級(jí)篩運(yùn)行時(shí)會(huì)使主樓產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)超過(guò)容許值而加在PLC電控系統(tǒng)上，將產(chǎn)生結(jié)構(gòu)件緊固部分的松動(dòng)、接線材料機(jī)械疲勞而引起的折損、PLC主控印制電路板上焊接元器件的脫焊以及繼電器、接觸器等松動(dòng)、滑脫，造成接觸不良或短路，還可能使電磁閥等執(zhí)行元件誤動(dòng)作，往往導(dǎo)致整個(gè)PLC電控系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行。
電控設(shè)備設(shè)置場(chǎng)所的振動(dòng)加速度應(yīng)限制在5 m/s2以內(nèi)，當(dāng)電控系統(tǒng)的設(shè)置場(chǎng)所振動(dòng)超過(guò)容許值時(shí)，應(yīng)在振源側(cè)加裝減振器或變更設(shè)置場(chǎng)所來(lái)減小周圍振源對(duì)它的影響。比如在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上主樓和主控室分離，分級(jí)篩可以通過(guò)反接制動(dòng)來(lái)減小其振動(dòng)產(chǎn)生的影響等。
1．2防塵設(shè)計(jì)
干混攪拌站現(xiàn)場(chǎng)由于物料都是粉料，現(xiàn)場(chǎng)粉塵較多。散裝卸料，收塵效果不佳或接口密封不嚴(yán)等，都會(huì)使粉塵彌漫在空氣中，塵埃可能導(dǎo)致電器觸點(diǎn)接觸不良，電路絕緣性能變差，甚至形成短路;塵埃還會(huì)使通風(fēng)過(guò)濾網(wǎng)的網(wǎng)眼堵塞，降低通風(fēng)效果，使電氣柜內(nèi)溫度升高?？梢圆捎靡韵录夹g(shù)措施進(jìn)行防塵設(shè)計(jì)。
1)控制室采用整體結(jié)構(gòu)，門窗加密封裝置，減少粉塵進(jìn)入量，控制室內(nèi)加排氣扇，使控制室粉塵濃度控制在3 mg/m3以內(nèi)。
2)電控柜下方要有進(jìn)氣孔，上方要有排氣孔，進(jìn)排氣孔要裝上過(guò)濾網(wǎng)以避免灰塵和異物進(jìn)入柜內(nèi)。過(guò)濾網(wǎng)的目孔疏密決定除塵的效果，其目孔要較細(xì)，以確?；覊m不能吸入柜內(nèi)。電控柜上方排氣孔要加裝排氣扇，并確保足夠的排氣氣壓，使空氣對(duì)流暢通。
3)主樓配置除塵裝置，提高樓內(nèi)除塵能力，使主樓粉塵濃度減小到6 mg/m 3以下。
1．3散熱設(shè)計(jì)
PLC使用的環(huán)境溫度容許值為0℃～45℃，在一般的電氣室內(nèi)使用沒(méi)問(wèn)題。PLC屬小發(fā)熱量裝置，單獨(dú)應(yīng)用時(shí)，其自然散熱不成問(wèn)題。但干混攪拌站現(xiàn)場(chǎng)使用的PLC控制系統(tǒng)有大容量接觸器、變壓器、變頻器等，均屬大發(fā)熱量裝置，如不考慮整個(gè)控制系統(tǒng)的散熱，尤其是夏季，樓內(nèi)溫度超過(guò)40℃，勢(shì)必造成控制系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，因此設(shè)計(jì)中要采用下述方法降低環(huán)境溫度，使它在容許溫度內(nèi)。
1)要降低操作臺(tái)、電控柜內(nèi)的溫升，則需要加大電控柜的尺寸，或者采用增加冷卻風(fēng)扇換氣量的方法。在操作臺(tái)，電控柜內(nèi)安裝冷卻風(fēng)扇時(shí)，應(yīng)讓大發(fā)熱量器件盡量靠近冷空氣進(jìn)風(fēng)口，提高散熱效率，盡量避免將PLC安裝在熱源的上方。
2)控制室內(nèi)加裝空調(diào)，降低環(huán)境溫度。
2電磁干擾的主要來(lái)源
2．1來(lái)自空間的輻射干擾
空間的輻射電磁場(chǎng)(EMI)主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過(guò)程、雷電、無(wú)線電廣播、電視、雷達(dá)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生，通常稱為輻射干擾，其分布極為復(fù)雜。若PLC系統(tǒng)置于射頻場(chǎng)內(nèi)，就會(huì)受到輻射干擾。其影響主要通過(guò)兩條路徑:1)直接對(duì)PLC內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾;2)對(duì)PLC通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路的感應(yīng)引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)大小，特別與頻率有關(guān)［1］。
2．2來(lái)自系統(tǒng)外引線的干擾
1)來(lái)自電源的干擾。因電源引入的干擾造成控制系統(tǒng)故障的情況很多，可更換隔離性能更高的電源來(lái)解決。通常PLC系統(tǒng)均由電網(wǎng)供電。電網(wǎng)內(nèi)部的變化、開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過(guò)輸電線路傳到電源原邊。
2)來(lái)自信號(hào)線引入的干擾。與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。此干擾主要有兩種途徑:1)通過(guò)變送器供電電源或共用信號(hào)儀表的供電電源竄入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視，但在生產(chǎn)中卻經(jīng)常出現(xiàn);2)信號(hào)線受空間電磁輻射的干擾，即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾，這是很嚴(yán)重的。由信號(hào)線引入的干擾會(huì)引起I/O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)作和死機(jī)。PLC控制系統(tǒng)因信號(hào)引入干擾造成I/O模塊損壞的情況相當(dāng)嚴(yán)重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。
3)來(lái)自接地系統(tǒng)混亂的干擾。接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾;而錯(cuò)誤的接地，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使PLC系統(tǒng)無(wú)法正常工作。
4)來(lái)自變頻器的干擾。由于變頻器是利用電力電子器件的高頻通斷而構(gòu)成的非線性電路，變頻器輸出側(cè)產(chǎn)生的諧波會(huì)沿電纜進(jìn)行傳導(dǎo)，并向周圍進(jìn)行輻射，影響到周邊其他設(shè)備的正常運(yùn)行。
2．3來(lái)自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾
主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射及其對(duì)模擬電路的影響、模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。
3抗電磁干擾設(shè)計(jì)
3．1采用性能優(yōu)良的電源
采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾。在PLC控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。電網(wǎng)干擾信號(hào)主要是通過(guò)耦合進(jìn)入PLC系統(tǒng)的供電電源(如CPU電源、I/ O電源等)。雖然采取了一定的隔離措施，但隔離變壓器分布參數(shù)大，抑制干擾能力差。為了提高電源的隔離效果和保證電網(wǎng)饋電不中斷，需采用在線式不間斷供電電源(UPS)供電。
3．2安裝與布線
1)動(dòng)力線、控制線以及PLC的電源線和I/O線應(yīng)分別配線，隔離變壓器與PLC和I/O之間應(yīng)采用雙絞線連接。將PLC的I/O線和大功率線分開走線，如必須在同一線槽內(nèi)，分開捆扎交流線、直流線，若條件允許，分槽走線最好，這不僅能使其有盡可能大的空間距離，并能將干擾降到最低限度［2］。
2) PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源，如電焊機(jī)、大功率硅整流裝置和大型動(dòng)力設(shè)備，不能與高壓電器安裝在同一個(gè)開關(guān)柜內(nèi)。在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線(二者之間距離應(yīng)大于200 mm)。與PLC裝在同一個(gè)柜子內(nèi)的電感性負(fù)載，如功率較大的繼電器、接觸器的線圈，應(yīng)并聯(lián)ＲC消弧電路。
3) PLC的輸入與輸出最好分開走線，開關(guān)量與模擬量也要分開敷設(shè)。模擬量信號(hào)的傳送應(yīng)采用屏蔽線，屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地，接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10。
4)交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜，輸出線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高壓線和動(dòng)力線，避免并行。
3．3 I/O端的接線
a)輸入接線
1)輸入接線一般不要太長(zhǎng)。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時(shí)，輸入接線可適當(dāng)長(zhǎng)些。
2)輸入、輸出線不能用同一根電纜，輸入、輸出線要分開。
3)盡可能采用常開觸點(diǎn)形式連接到輸入端，使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致，便于閱讀。
b)輸出連接
1)輸出端接線分為獨(dú)立輸出和公共輸出。在不同組中，可采用不同類型和電壓等級(jí)的輸出電壓。但在同一組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等級(jí)的電源。
2)由于PLC的輸出元件被封裝在印制電路板上，并且連接至端子板，若將連接輸出元件的負(fù)載短路，將燒毀印制電路板。
3)采用繼電器輸出時(shí)，所承受的電感性負(fù)載的大小，會(huì)影響到繼電器的使用壽命，因此，使用電感性負(fù)載時(shí)應(yīng)合理選擇，或加隔離繼電器。
4) PLC的輸出負(fù)載可能產(chǎn)生干擾，要采取措施加以控制，如直流輸出的續(xù)流管保護(hù)，交流輸出的阻容吸收電路，晶體管及雙向晶閘管輸出的旁路電阻保護(hù)。
3．4正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)
為了安全，抑制干擾，完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。在干混攪拌站的接地技術(shù)中有兩種接地方式:1)為人身或設(shè)備的安全目的，保證在發(fā)生漏電的情況下使漏電的電壓迅速降低，電流不通過(guò)人體或設(shè)備而直接流向大地的接地方式，稱為保護(hù)接地;
2)為工作電路提供一個(gè)工作零點(diǎn)的接地方式，稱為工作接地。這兩種接地方式不可以相混。
為抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC接以專用地線，接地線與動(dòng)力設(shè)備(如電動(dòng)機(jī))的接地點(diǎn)應(yīng)分開，若達(dá)不到此要求，則可與其他設(shè)備公共接地，嚴(yán)禁與其他設(shè)備串聯(lián)接地。接地電阻要＜5Ω，接地線要粗，面積要＞2 mm 2，而且接地點(diǎn)最好靠近PLC裝置，其間的距離要＜50 m，接地線應(yīng)避開強(qiáng)電回路，若無(wú)法避開時(shí)，應(yīng)垂直相交，縮短平行走線的長(zhǎng)度。
3．5對(duì)變頻器干擾的抑制
對(duì)變頻器的干擾處理一般有下面幾種方式:
1)加隔離變壓器，主要是針對(duì)來(lái)自電源的傳導(dǎo)干擾，可將絕大部分的傳導(dǎo)干擾阻隔在隔離變壓器之前。
2)使用濾波器，濾波器具有較強(qiáng)的抗干擾能力，還可防止將設(shè)備本身的干擾傳導(dǎo)給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。
3)使用輸出電抗器，在變頻器到電動(dòng)機(jī)之間增加交流電抗器，主要是減少變頻器輸出在能量傳輸過(guò)程中線路產(chǎn)生電磁輻射，防止影響其他設(shè)備正常工作。
4結(jié)語(yǔ)
隨著干混攪拌站應(yīng)用越來(lái)越廣泛，人們對(duì)其控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高的要求，所要克服的干擾越來(lái)越多，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮各方面的因素，合理有效抑止抗干擾，才能確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠，長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作。
 

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