發電站中PLC控制系統的電磁兼容EMC可靠性措施

1 發電站工業環境的特點

發電站的空間存在極強的電磁場，發電機的電壓高達數千伏，電流高達數百安甚至數千安，開關站的輸出電壓高達數十千伏或數百千伏。由于現場條件的限制（例如老設備的改造），有時上百米長的強電電纜和PLC的信號電纜不能有效的分隔開，甚至只能敷設在同一電纜溝內。高電壓、大電流接通和斷開時產生的強電干擾可能會在PLC輸入線上產生很強的感應電壓和感應電流，足以使PLC輸入端的光電耦合器中的發光二極管發光，使光電耦合器的抗干擾作用失效，導致PLC產生誤動作。如某水電站中的PLC在站內無發電機運行時工作正常，發電機起動運行后經常出現誤動作，可以觀察到在沒有輸入信號時PLC輸入點的發光二極管有時也會閃動。

干擾信號除了經PLC的輸入端侵入PLC外，也可能經PLC的電源侵入PLC。

與一般的工業環境不同，發電站的繼電器控制系統中的繼電器和執行機構（如斷路器、接觸器和電磁閥等）使用的是直流220V電源，在設計PLC的輸出電路時，應充分考慮這一特點。

2 抗干擾的隔離措施

PLC內部用光電耦合器、輸出模塊中的小型繼電器和光電可控硅等器件來實現對外部開關量信號的隔離，PLC的模擬量I/O模塊一般也采取了光電耦合的隔離措施。這些器件除了能減少或消除外部干擾對系統的影響外，還可以保護CPU模塊，使之免受從外部竄入PLC的高電壓的危害，因此一般沒有必要在PLC外部再設置干擾隔離器件。

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隔離發電站中用長線引入PLC輸入端的開關量信號。光電耦合器中發光二極管的工作電流僅數毫安，而小型繼電器的線圈吸合電壓為數十毫安，強電干擾信號通過電磁感應產生的能量一般不可能使隔離用的繼電器吸合。有的系統需要使用外部信號的多對觸點，例如一對觸點用來給PLC提供輸入信號，一對觸點用來給上位計算機提供開關量信號，一對觸點用于指示燈，使用繼電器轉接輸入信號既能提供多對觸點，又實現了對強電干擾信號的隔離。PLC來自開關柜內的輸入信號和距開關柜不遠的輸入信號一般沒有必要用繼電器來隔離。

為了提高抗干擾能力，PLC的外部信號、PLC和計算機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隔離，在要求防火、防爆的環境更適于采用這種方法。

3 對電源的處理

電源是干擾進入PLC的主要途徑之一，電源干擾主要是通過供電線路的阻抗耦合產生的，各種大功率用電、發電設備是主要的干擾源。

如果PLC使用交流電源，在干擾較強或對可靠性要求很高的場合，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，隔離變壓器可以抑制從電源線竄入的外來干擾，提高譏高頻共模干擾能力，屏蔽層應可靠地接地。

低通濾波器可以吸收掉電源中的大部分“毛刺”，如用L1和L2來表示用來抑制高頻差模電壓，L3和L4來表示用等長的導線反向繞在同一磁環上的，50HZ的工頻電流在磁環中產生的磁通互相抵消，磁環不會飽和。兩根線中的共模干擾電流在磁環中產生的磁通是迭加的，共模干擾被L3和L4阻擋。C1和C2來表示用來濾除共模干擾電壓，C3來表示用來濾除差模干擾電壓。R表示壓敏電阻，其擊穿電壓略高于電源正常工作時的*高電壓，平常相當于開路。遇尖峰干擾脈沖時被擊穿，干擾電壓被壓敏電阻鉗位，后者的端電壓等于其擊穿電壓。

高頻干擾信號不是通過變壓器的繞組耦合，而是通過初級、次級繞組之間的分布電容傳遞的。在初級、次級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品，電源濾波器具有良好的共模濾波、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，其產品可用于交流單相，三相電源和直流電源。

在電力系統中，如果使用220V的直流電源（蓄電池）給PLC供電，可以顯著地減少來自交流電源的干擾，在交流電源消失時，也能保證PLC的正常工作。某些PLC（如三菱公司的FX系列PLC）的電源輸入端內有一個直接對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內的開關電源。開關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，整流橋的每只二極管只承受一半的負載電流，使用直流電源時，有2只二極管承受全部負載電流?？紤]到PLC的電源輸入電流很小，在設計時整流二極管一般都留有較大的裕量，這種PLC如使用直流220V電源電壓不會有什么問題，經過長期的工業運行，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工作電壓范圍寬，導通壓降小，與晶體管型和雙向可控硅型模塊相比，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但是動作速度較慢。系統輸出量變化不是很頻繁時，一般選用繼電器型輸出模塊。PLC輸出模塊內的小型繼電器的觸點很小，斷弧能力很差，不能直接用于發電站的DC 220V電路中，必須用PLC驅動外部繼電器，用外部繼電器的觸點驅動DC220V的負載。斷開直流電路要求較大的繼電器觸點，接通同一直流電路可用較小的觸點。選擇外接的繼電器時，應仔細分析是用PLC來控制接通還是斷開外部回路。例如水電站中用得較多的DC 220V電磁閥內部有與其線圈串聯的限位開關常閉觸點，電磁閥線圈通電，閥芯動作后，是用閥內部的觸點來斷開電路的。在這種情況下，可以選用觸點較小的小型繼電器來轉接PLC的輸出信號。

5 安裝與布線的注意事項

開關量信號（如按鈕、限位開關、接近開關等提供的信號）一般對信號電纜無嚴格的要求，可選用一般的電纜，信號傳輸距離較遠時，可選用屏蔽電纜。模擬信號和高速信號線（如脈沖傳感器、計數碼盤等提供的信號）應選擇屏蔽電纜。通信電纜要求可靠性高，有的通信電纜的信號頻率很高（如上兆赫），一般應選用PLC生產廠家提供的專用電纜，在要求不高或信號頻率較低時，也可以選用帶屏蔽的雙絞線電纜。

PLC應遠離強干擾源，如大功率可控硅裝置、高頻焊機和大型動力設備等。PLC不能與高壓電器安裝在同一個開關柜內，在柜內PLC應遠離動力線（二者之間的距離應大于200mm）。與PLC裝在同一個開關柜內的電感性元件，如繼電器、接觸器的線圈，應并聯RC消弧電路。

PLC的I/O線與大功率線應分開走線，如必須要在同一線槽中布線，信號線應使用屏蔽電纜。交流線與直流線應分別使用不同的電纜，開關量、模擬量I/O線應分開敷設，后者應采用屏蔽線。不同類型的線應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。

如果模擬量輸入/輸出信號距離PLC較遠，應采用4～20mA或0～10mA的電流傳輸方式，而不是易受干擾的電壓傳輸方式。

傳送模擬信號的屏蔽線，其屏蔽層應一端接地，為了泄放高頻干擾，數字信號線的屏蔽層應并聯電位均衡線，其電阻應小于屏蔽層電阻的1/10，并將屏蔽層兩端接地。如果無法設置電位均衡線，或只考慮抑制低頻干擾時，也可以一端接地。

不同的信號線*好不用同一個插接件轉接，如必須用同一個插接件，要用備用端子或地線端子將它們分隔開，以減少相互干擾。