专业好文档- 1 -发电站中 PLC 控制系统的可靠性措施重庆大学金沙电气研究所() 姜杰 黄选发 唐昆明l l 发电站工业环境的特点发电站工业环境的特点发电站的空间存在极强的电磁场，发电机的电压高达数千，电流高达数百安甚至数千安，开关站的输出电压高达数十干伏或数百千伏。由于现场条件的限制(例如老设备的改造)，有时上百米长的强电电缆和 FLc 的信号电缆不能有效的分隔开，甚至只能敷设在同一电缆沟内。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 输入端的光电锅台器中的发光二极管发光，使光电耦台器的抗干扰作用失效，导致 PLC 产生误动作。如某水电站中的PLC 在站内无发电机运行时工作正常，发电机起动运行后经常出现误动作，可以观察到在没有输入信号时 PLC 输入点的发光二极管有时也会闪动。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。与一般的工业环境不同，发电站的继电器控制系统中的继电器和执行机构(如断路器、接触器和电磁阀等)使用的是直流 220V 电源，在设计 PLC 的输出电路时，应充分考虑这一特点。2 2 抗干扰的隔离措施抗干扰的隔离措施PLc 内部用光电锅台器、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 I0 模块一般也采取了光电锅台的隔离措施。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 的高电压的危害，因此一般没有必要在 PLc 外部再设置干扰隔离专业好文档- 2 -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站中用长线引入 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数毫安，而小型继电器的线圈吸合电压为数十毫安，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来隔离，在要求防火、防爆的环境更适于采用这种方法。3 3 对电源的处理对电源的处理电源是干扰进 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，屏蔽层应可靠地接地。专业好文档- 3 -图 1 电源的抗干扰措施确 低通滤波器可以吸收掉电源中的大部分“毛刺”，图中的 Ll 和 12 用来抑制高频差模电压，L3 和 L4 是用等长的导线反向绕在同一磁环上的，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。两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 L3 和 L4 阻挡。图中的 Cl 和 C2 用来滤除共模干扰电压，c3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，而是通过初级、次级绕组之间的分布电容传递的。在初级、次级绕组之间加绕屏蔽层，并将它和铁芯一起接地，可以减少绕组间的分布电容，提高抗高频干扰的能力。也可以直接选用电源滤波器产品，如北京中石公司的电源滤波器具有良好的共模滤波、差模滤波性能和高频干扰抑制性能，能有效抑制线与线之间和线与地之间的干扰，其产品可用于交流单相，三相电源和直流电源。在电力系统中，如果使用 220v 的直流电源(蓄电池)给 PLC 供电，可以显著地减少来自交流电源的干扰，在交流电源消失时，也能保证 FLC 的正常工作。某些 PLC(如专业好文档- 4 -三菱公司的 FX 系列 PLC)的电源输入端内有一个直接对 220v 交流电源整流的二极管整流桥，整流滤波后的直流电压送给 PLc 内的开关电源。开关电源的输入电压范围很宽，这种 PLc 也可以使用 220v 直流电源。使用交流电源时，整流桥的每只二极管只承受一半的负载电流，使用直流电源时，有 2 只二极管承受全部负载电流。考虑到PLc 的电源输入电流很小，在设计时整流二极管一般都留有较大的裕量，这种 PLc 如使用直流 220v 电源电压不会有什么问题。经过长期的工业运行，证明上述方案是可行的。4 4 PLCPLC 输出端的可靠性措施输出端的可靠性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，但是动作速度较慢。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，不能直接用于发电站的 DC220v 电路中，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，接通同一直流电路可用较小的触点。选择外接的继电器时，应仔细分析是用 PLc 来控制接通还是断开外部回路。例如水电站中用得较多的 DC220v 电磁阀内部有与其线圈串联的限位开关常闭触点，电磁阀线圈通电，阀芯动作后，是用阀内部的触点来断开电路的。在这种情况下，可以选用触点较小的小型继电器来转接 PLc 的输出信号。5 5 安装与布线的注意事项安装与布线的注意事项开关量信号(如按钮、限位开关、接近开关等提供的信号)一般对信号电缆无严格的要求，可选用一般的电缆，信号传输距离较远时，可选用屏蔽电缆。模拟信号和高速专业好文档- 5 -信号线(如脉冲传感器、计数码盘等提供的信号)应选择屏蔽电缆。通信电缆要求可靠性高，有的通信电缆的信号频率很高(如上兆赫)，一般应选用 PLc 生产厂家提供的专用电缆，在要求不高或信号频率较低时，也可以选用带屏蔽的双绞线电缆。PLc 应远离强干扰源。如大功率可控硅装置、高频焊机和大型动力设备等。PLc 不能与高压电器安装在同一个开关柜内，在柜内 PLc 应远离动力线(二者之间的距离应大于 200mm)。与 PLC 装在同一个开关柜内的电感性元件，如继电器、接触器的线圈，应并联 Rc 消弧电路。PLC 的 I0 线与大功率线应分开走线，如必须要在同一线槽中布线，信号线应使用屏蔽电缆。交流线与直流线应分别使用不同的电缆，开关量、模拟量 I0 线应分开敷设，后者应采用屏蔽线。不同类型的线应分别装入不同的电缆管或电缆槽中，并使其有尽可能大的空间距离。如果模拟量输人输出信号距离 PLC 较远，应采用 420mA 或 0.10mA 的电流传输方式，而不是易受干扰的电压传输方式。传送模拟信号的屏蔽线，其屏蔽层应一端接地，为了泄放高频干扰，数字信号线的屏蔽层应并联电位均衡线，其电阻应小于屏蔽层电阻的 110，并将屏蔽层两端接地。如果无法设置电位均衡线，或只考虑抑制低频干扰时，也可以一端接地。不同的信号线最好不用同一个插接件转接，如必须用同一个插接件，要用备用端子或地线端子将它们分隔开。以减少相互干扰。6 6 结束语结束语我们在水电站微机综合自动化控制系统中广泛使用了 PLc，由于采用了上述的可靠性措施。在常年连续运行的情况下，PLC 都能长期可靠工作。(编辑：罗明义)专业好文档- 6 -专业好文档- 7 -Editors note: Judson Jones is a meteorologist, journalist and photographer. He has freelanced with CNN for four years, covering severe weather from tornadoes to typhoons. Follow him on Twitter: jnjonesjr (CNN) - I will always wonder what it was like to huddle around a shortwave radio and through the crackling static from space hear the faint beeps of the worlds first satellite - Sputnik. I also missed watching Neil Armstrong step foot on the moon and the first space shuttle take off for the stars. Those events were way before my time. As a kid, I was fascinated with what goes on in the sky, and when NASA pulled the plug on the shuttle program I was heartbroken. Yet the privatized space race has renewed my childhood dreams to reach for the stars. As a meteorologist, Ive still seen many important weather and space events, but right now, if you were sitting next to me, youd hear my foot tapping rapidly under my desk. Im anxious for the next one: a space capsule hanging from a crane in the New Mexico desert. Its like the set for a George Lucas movie floating to the edge of space. You and I will have the chance to watch a man take a leap into an unimaginable free fall from the edge of space - live.The (lack of) air up there Watch man jump from 96,000 feet Tuesday, I sat at work glued to the live stream of the Red Bull Stratos Mission. I watched the balloons positioned at different altitudes in the sky to test the winds, knowing that if they would just line up in a vertical straight line “we“ would be go for launch. I feel this mission was created for me because I am also a journalist and a photographer, but above all I live for taking a leap of faith - the feeling of pushing