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　1 概述

　　随着发电厂控制技术的不断发展，目前分散控制系统(DCS)、可编程控制系统(PLC)、现场 总线(FCS)技术在发电厂生产过程控制中得到广泛的应用。控制系统的可靠性直接影响到发电企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型控制设备，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高控制系统可靠性，一方面要求生产厂家提高设备的抗干扰能力;另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能

　　2 干扰源对系统的干扰

　　2.1 干扰源及干扰分类

　　影响控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。

　　干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等;按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等;按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达 130V 以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏(这就是一些系统 I/O 模件损坏率较高的主要原因)，这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度 ，现在解决共模、差模干扰比较通用省事的放法是在原电路上加信号隔离器，可非常有效解决。

　　2.2 控制系统中电磁干扰的主要来源

　　2.2.1 来自空间的辐射干扰

　　空间的辐射电磁场(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对控制设备内部的辐射，由电路感应产生干扰;而是对控制设备通信网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和 PLC 局部屏蔽及高压 泄放元件进行保护。

　　2.2.2 来自系统外接线的干扰

　　主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在发电现场较严重。因为发电厂是强电场和强电磁场密集地方。

　　2.2.2.1 来自电源的干扰

　　实践证明，因电源引入的干扰造成控制系统故障的情况很多，由于控制系统的供电大都来自电厂的供电网络，其覆盖全厂，电网内部的变化，如开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过配电线路传到电源。控制电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，隔离是不可能的。

　　2.2.2.2 来自信号线引入的干扰

　　与控制系统连接的各类信号(信号线和控制指令线)传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电源串入的电网干扰，这往往被忽视;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起 I/O 信号工作异常和测量精度大大降低，严重 时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。控制系统因信号引入干扰造成 I/O 模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。所以检测端信号加隔离非常重要(例：北京平和PH系列隔离器产品),既可以保证信号传输精度，还可以保护系统I/O模件不被损坏。

　　2.2.2.3 来自接地系统混乱时的干扰

　　接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使系统将无法正常工作。

　　控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对 PLC 系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。

　　例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。

　　此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响逻辑电路和模拟电路的正常工作。逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。(例北京平和隔离器也可有效解决信号共地问题)

　　2.3 来自系统内部的干扰

　　主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，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。这都属于制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统

　　3 工程实施中主要抗干扰措施

　　为了保证系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰，必须从设计阶段开始便采取三个方面抑制措施：抑制干扰源;切断或衰减电磁干扰的传播途径;提高装置和系统的抗干扰能力。这三点就是抑制电磁干扰的基本原则。

　　控制系统的抗干扰是一个系统工程，要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰能力的产品，且有赖于使用部门在工程设计、安装施工和运行维护中予以全面考虑，并结合具有情况进行综合设计，才能保证系统的电磁兼容性和运行可靠性。主要考虑来自系统外部的几种如果抑制措施。主要内容包括：对系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰;对外引线进行加装隔离器，特别是原理动力电缆，分层布置，以防通过外引线引入传导电磁干扰;正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。另外还必须利用软件手段，进一步提高系统的安全可靠性。

　　3.1 采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰

　　在控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰串入控制系统主要通过PLC系统的供电电源(如CPU 电源、I/O 电源等)、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在，对于 PLC 系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好电源，而对于变送器供电的电源和 PLC 系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但普遍还不够，主要是使用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带(如:使用北京平和公司隔离配电器)，可以减少 PLC 系统的干扰。此外，位保证电网馈点不中断，可采用在线式不间断供电电源(UPS)供电，提高供电的安全可靠性。并且UPS 还具有较强的干扰隔离性能，是一种PLC控制系统的理想电源。

　　3.2 电缆敷设

　　为了减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆。笔者在某工程中，采用了铜带铠装屏蔽电力电缆，从而降低了动力线生产的电磁干扰，该工程投产后取得了满意的效果。不同类型的信号及控制电缆分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类与动力电缆分层敖设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠近平行敖设，以减少电磁干扰。另外对于信号电缆及控制电缆应采用屏蔽电缆

　　3.3 硬件滤波及软件抗干扰措施

　　信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰;在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。由于电磁干扰的复杂性，要根本消除迎接干扰影响是不可能的，因此在PLC 控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的可靠性。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样，可有效消除周期性干扰;定时校正参考点电位，并采用动态零点，可有效防止电位漂移;采用信息冗余技术，设计相应的软件标志位;采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。

　　4 正确选择接地点，完善接地系统

　　发电厂控制系统的接地对控制系统抗干扰尤为重要，接地方式的好坏将直接影响控制系统的性能。接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。系统接地方式有：浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。

　　4.1 PLC 控制系统接地：
　　PLC 控制系统它属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都低于 1MHz，所以 PLC 控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的 PLC 系统适于并联一点接地方式，各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大，应采用串联一点接地方式

　在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，采用程序化的手段应用于电气控制，这就是代可编程序控制器，称Programmable ,是世界上公认的台PLC。
 
　　限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。
 
　　20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
 
 　上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
 
　　20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。
 
　　我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。
 
　　PLC未来展望
 
 
　　21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。