浅谈变频器干扰对P L C 的影晌及其处理方法 邹六省，王占儒，刘绪洪( 天津水泥股份有限公司水泥分公司三分厂3 0 0 4 0 0 ) 1 、前言我公司于1 9 9 6 年新建了一条日产1 2 0 0 t 熟料的干法窑系统，于9 6 年1 2 月8R 点火，9 7 年正式投产运行。生产线选用了四套美国M o d i c o n 公司D C S系统。主机型号9 8 4 6 8 5 E ，主要采用集中优先方式进行控制。现场部分设备如稀油站、弧形阀、单机袋式除尘器等独立设备( 无需受其它设备连锁控制) 多采用韩国三星集团和日本O M R O N 公司的P L C 产品。受当时资金成本等多 方面的影响和限制，建厂时许多大型风机的风量控制受控于阀门。随着资金成本的稳步回笼和生产规模的不断扩大以及技术上的不断成熟，为了达到更佳的控制效果，多年来，在各个电力室中新添置了一些变频器( 多采用A B B公司A C S 5 0 0 、A C S 6 0 0 ) 来控制大型) x 惦S l 的启停和控制风压。这样，不仅可以达到节能降耗的目的，而且便于生产控制和电气维护，减少人员配备，从而降低成本。2 、干扰信号的产生和产生干扰的原因2 1 干扰信号的产生 变频器安装后，在调试过程中，我们发现窑头一次风机变频器送电后， 其转速反馈在中控显示为满量程，现场用万用表测量到达2 0 m A D C ；而另一方面，废气处理排风机中控驱动并给定一定转速后，排风机不运转。甚至当变频器供电时，电力室部分设备丌关量也不受控无规则激活，甚至一些执行 器的模拟量信号也无法控制。显然，这样的情况根本无法投料生产，必须尽快地解决这一问题。2 2 产生干扰的原因经观察分析，干扰来源与变频器投入有关。近年来，随着变频技术的不断发展与完善，并且其价格也更趋合理，使得变频调速广泛的应用于工厂中，并逐步取代了一些传统的调速方式。但是，当变频器运行时所产生的高次谐波的危害性也是不容低估的。大量的高次谐波干扰电网电压；并产生谐波电流，对电气仪表、变频器、电机、电容器、架空线路、电缆、P L C 系统都将产生影响。由于在我公司中有些设备离干扰源较远，有的设备抗干扰能力强( 如温度和压力变送器) ，而选用的P L C 产品的开入信号对电压的要求并不是绝对标准电压，这样就使得干扰问题主要表现在执行器上以及部分接入P L C 的开关量输入信号上。3 、干扰排除3 1 模拟量信号干扰排除窑头一次风机变频器送电后，变频器转速反馈信号2 0 m A D C ；废气处理排风机变频器的中控转速给定信号已到达变频器给定端子，但驱动后，电机并不转动，变频器上液晶显示屏电流显示为0 O A ，转速给定O 0 r p m ，这说明 模拟量信号线受到变频器本身干扰。我们检查所有的屏蔽接地，发现屏蔽接地与工作接地并没有完全分开。这一问题解决后，干扰问题还是非常严重：虽然重新敷设电缆是一种较好的方法，但时间紧迫，也不可取；最后，在D C S的给定和反馈端加上W S l 5 6 2 型无源隔离器( 图l B ) ，使得问题得以解决。( B )S 15 6 2 隔离器图1 模拟量信号干扰的排除变频器正常运转后，部分执行器模拟量信号发生混乱，仍然采用图1 的方法来排除干扰。3 2 丌关量信号干扰的排除3 2 1 尘料粉磨前轴承稀油站生料粉磨前轴承稀油站使用韩国三星S P C1 0 0 电源，C P U 型号为1 0 R ， 开关量输入、输出均为8 点2 2 0 V A C 。油站接收中控D C S 系统的开关量信号 有两个：一个是中控D C S 对稀油站的驱动信号( D C S 的D O ) 作为稀油站 P L C 系统的输入( P L C 的D I ) ，再由P L C 驱动油站运行；另一个是中控收到生料粉磨主电机的应答信号( D C S 主电机的D I ) 后，由中控发出一个磨机运 行( D C S 主电机的D O ) 信号，作为油站高压油泵的停转信号。当变频器投入正常运转后，我们发现稀油站的两台低压油泵总是无规则的瞬间启停，当中控正常驱动油站后，2 台低压油泵能够正常工作，但高压油泵在磨机运行前又总是无规则停转。用万用表分另口测量这两根开关量信号线对地压降，发现这两根信号线无 驱动时X I ：I 端予处( 即虚框内，在K 的常开触点的一端，而不是在P L C 的 D I 处) 分别对地都有7 0 V A C 左右电压( D I 点不受干扰) ，正是这7 0 V 电压 激活了P L C 中的D I 点。经过测试，我们发现，H H 5 2 P 型中间继电器线圈吸合的临界电压值为1 1 0 V A C ，针对低电压信号瞬间干扰，加入中间继电器K l ，使X 1 ：1 端子干扰受到的7 0 V A C 电压加在K 1 的线圈上，这样，干扰电压不 能使K 1 吸合，从而使D I 信号得到有效保护。修改方案见图2 B 。K 翠鐾F 年图2 加入中间继电器K 1 排除L 图 蚓口N( B ) 干扰P L C 回K 1 C O M3 3 2 单机袋式除尘器我厂对单机袋式除尘器的改造于二o o 四年完成( 见水泥，2 0 0 5 ，N o 8 ) 。改造前，生料磨入磨皮带收尘器受窑尾排风机变频干扰，中控D C S 驱动点呈脉冲式间歇振荡，检查驱动信号线对地电压为1 2 0 V A C 。显然，排除干扰用加中间继电器的方法己不适合。 生料入磨皮带收尘器使用日本O M R O NC 2 8 P 型P L C ，输入端外接使用 2 2 0 V A C 电源。我们发现P L C 接地端子没有做接地处理，接地后，干扰间隔略有加长，但并未完全排除。由于收尘控制柜到D C S 柜的距离不是很长，我们重新接了一根屏蔽线并将屏蔽一端接地，干扰问题终于消失。由于变频器高次谐波对P L C 的干扰为间歇跳跃式，为以防万一，我们对 P L C 程序作了修改，对输入信号做了l s 延时处理，即中控驱动信号持续1 s钟未间断，则认为该信号为合法信号，程序给予响应，否则做非法处理，不予激活。3 3 3 篦冷机下弧形阀我厂篦冷机下弧形阀共有1 4 台电机，分南、北坐落，每侧7 台。工作时， 由中控将驱动命令发至弧形阀P L C ，而后由P L C 依次驱动这1 4 台电机，每1 1 0次驱动一纵向共2 台电机，按一定时间间隔分7 次驱动，而后往复。弧形阀在设计中使减速机轴拖动拐臂令拐臂转动，拐臂另端带动弧形挡板。通过挡板的开合来达到锁风下料的目的。在拐臂上安装有接近开关挡片来控制电机的启停。当时为节省弧形阀的改造成本，每台电机不是使用2个接近开关来分别控制电机的启停，而是只使用了一个接近开关来完成这项工作。首先用秒表计时出弧形挡板转动1 周所需时间大约为1 l s ，每次中控驱动时首先将全部挡板关死，若2 s 未离开限位挡片或1 4 s 未回到限位挡片则认为电机未正常工作，此台电机报故障。弧形阀自2 0 0 1 年年底改造后的2 年内工作稳定，后来在窑头电力室安装了排风机变频器，弧形阀不断出现问题，造成现场漏风，扬尘严重，并经常需手动放料。 经过观察分析，发现变频器干扰到P L C 的D I 点，干扰处对地电压 1 3 0 V A C ，干扰时间时短时长。这样，当电机驱动时，若限位一直被干扰满足条件超过2 s 或电机被中途干扰停转至使限位不能满足条件超过1 4 s ，都会影响到该台电机的下一次是否能够正常运转。因为干扰时间不是一个瞬间的脉冲式跳跃，而且挡片与接近丌关接触时 间很短( 不超过2 s ) ，所以单纯的靠P L C 程序来延长接近开关信号时间已不 是理想方法；另外干扰处于P L C 的D I 处，加中继的方法也是不足取的。弧形阀P L C 选用韩国三星C P L9 2 1 6p l u s 电源，其输入输出模块交、直流两 用，可根据实际情况外加电压。干扰前输入模块为2 2 0 、，A C 供电。戤c K 馨! 弛c 一触寻图3 改变供电排除干扰 借助这种优势，我们使用2 4 V D C 来取代2 2 0 V A C 电压外接输入模块电源， 但接近开关使用的是2 2 0 V A C ，所以必须加入中间继电器K 进行过度( 图3 B ) 。3 3 4 机旁按钮盒的启动按钮我厂为集中优先控制的D C S 系统，即机旁启动点接入D C S ，机旁启车I盘一排雀一千消厶，一强一回时需中控解锁操作，而一些库顶设备如平拉链机虽然机旁启动点接入D C S ，但不受中控任何控制，由库顶岗位人员操作。0 5 年初，熟料库顶平拉链机旁启动点受窑头排风变频干扰不受控启车，在程序上可以清楚的看到机旁启动信号时隐时现，得电时间时短时长，而机旁启动瞬间就可开启设备。测量发现干扰电压超过1 5 0 气C 。由于全线D C S 系统输入电源均为2 2 0 V A C ，不可能转变为2 4 V D C ，而程序上作延时处理也不能解决问题；再有，干扰电压较高，也不能通过加中继的方法解决。于是我们考虑对机旁启动按钮的干扰处在不激活时作接地处理，来达到使干扰电压消失的目的( 图4 C ) 。罄翥器霞驱动启动赦障矩韧耵叶。( A jDC O M ( 2 2 0 9 “ )f B lC O M ( 2 2 0 V )( C )图4 机旁点作接地处理图4 B 中，机旁启动点直接进入D C S ，从图4 A 中可以看到，机旁启动信 号输入瞬间，驱动信号就可进行自锁开启电机。做图4 c 修改后，干扰处连接在启动按钮的常闭点上始终做接地处理，从而使干扰电压接地消失，D C S的D I 点无干扰输入。正常开车时，按下机旁启动按钮，按钮的常闭点打开不予接地，同时常开点闭合，2 2 0 V A C 就可以通过S 1 送进中控达到开车目的。4 体会和结束语由于变频器技术现已广泛地应用f f ：Z U 中，消除其高次谐波产生的影响成了非常重要的问题，我们在使用中有以下体会：( 1 ) 采取措施抑制高次谐波。设计供电系统时，将有高次谐波干扰的部分在系统接线上尽可能分开；在交流侧母线上安装电容电感滤波器，对高次谐波产生串联共振，把高次谐 波电流分别短路掉，消除电源上高次谐波电压分量，以避免电压溶形的畸变。( 2 ) 工程设计中要采取的防范措施。1 1 2一广t，f一一昏7处j | 扰二今景州Tr。整ha 变频器到电机的电缆尽量远离信号电缆，不与信号电缆在同一桥架或电缆沟内敷设。电缆沟多层时要求弱电电缆敷设在强电电缆下方。 b 虽然我厂屏蔽接地不好不是干扰产生的主要原因，但在设计和安装中仍要将屏蔽接地和工作接地分开，并且屏蔽接地尽量远离大功率的变频器及其电缆。c P L C 电源接地端子按要求做接地处理。d 不仅模拟量信号电缆采用屏蔽线，对于接入P L C 的丌关量信号线若不可避免的同变频器负荷线同时敷设，也应使用屏蔽电缆并将屏蔽一端接地。e P L C 开关量输入模块使用2 4 V D C 电源供电是避免开关量输入受干扰的一种行之有效的方法。钾芏P L C 程序设计中，对已配置的D I 点可以做适当的延时处理，这样可咀过滤掉瞬时脉冲式的非法信号。延时长短应根据实际情况而定，太短起不到作用，太长又可能过滤掉合法信号。( 3 ) 尽量选择抗干扰能力强的P L C 产品。 f 4 ) 变频器的选型应选择谐波泄漏少的产品以消除干扰源。参考文献：1 邹六省，李荣凯，高春景，窑尾高温风机稀油站的改造，水泥2 0 0 4 年N o 92 邹六省，李荣凯，单机式袋收尘器的改造，水泥2 0 0 5 年N o 83 P L C 现场干扰问题浅析，曹敏玲，中国工控网1 1 3