西門子PLC S7-300的應(yīng)用及抗干擾問題的探討

1 概述

傳統(tǒng)的儀表顯示及調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用數(shù)顯表及DCS集散控制系統(tǒng)進(jìn)行顯示及過程調(diào)節(jié)。所施工的煉鐵單位高爐煉鐵系統(tǒng)環(huán)境條件惡劣，自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用簡單，原儀表顯示采用小型DCS系統(tǒng)，采用調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，由于原DCS 系統(tǒng)老化導(dǎo)致系統(tǒng)極不穩(wěn)定，儀表顯示不準(zhǔn)且不穩(wěn)定，原工控機(jī)經(jīng)常無端死機(jī)，嚴(yán)重影響了正常的生產(chǎn)，不得不采用數(shù)顯表臨時(shí)顯示。廠家要求改換新的自動(dòng)控制系統(tǒng)，最好不用DCS 系統(tǒng)。鑒于西門子PLC S7-300 系統(tǒng)的普遍應(yīng)用，我們建議用戶改用PLC 代替原來的DCS。

2 PLC S7-300自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

系統(tǒng)配置如表1 所列。

該公司380 m3 煉鐵高爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)包括上料卷揚(yáng)、高爐本體、布袋除塵與熱風(fēng)爐共四個(gè)子系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)儀表包括壓力、溫度、流量、物位等50 多個(gè)點(diǎn)。

系統(tǒng)采用西門子PLC S7-314 作為控制器，通過配電器進(jìn)行壓力、流量、液位等信號(hào)的隔離，接入模擬量輸入模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采樣，通過CPU 的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換為數(shù)字量(工程量)再與工控機(jī)的變量進(jìn)行連接，在工控機(jī)的監(jiān)控畫面上進(jìn)行顯示。通訊采用MPI 協(xié)議，PLC 通過PC/MPI適配器電纜進(jìn)行與上位機(jī)的通訊。工控機(jī)監(jiān)控軟件采用WINCC V6.0。操作系統(tǒng)采用Windows2000 專業(yè)版，編程軟件采用西門子STEP7 V5.4。

值班室放置工控機(jī)及PLC 控制柜一套。工程師可以根據(jù)實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線及相應(yīng)生產(chǎn)指標(biāo)之間規(guī)律，確定重要參數(shù)區(qū)域，進(jìn)行工藝分析判斷，高效地得到技術(shù)分析結(jié)果，以便尋求到高爐生產(chǎn)過程工藝參數(shù)的最佳范圍和各參數(shù)間的最佳組合，從而最大限度地挖掘高爐潛力，不斷改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法及抗干擾分析

儀表信號(hào)為模擬小電流信號(hào)，由于原系統(tǒng)未做接地處理，動(dòng)力電纜和信號(hào)電纜在一個(gè)電纜橋架內(nèi)敷設(shè)，壓力、流量、液位等4耀20 mA 電流信號(hào)原先經(jīng)過配電器進(jìn)入DCS系統(tǒng)，技術(shù)人員在拆除原線路后重新接線時(shí)未通過配電器連接到PLC模塊，導(dǎo)致隔壁的上料卷揚(yáng)變頻器啟動(dòng)后，使工控機(jī)上的信號(hào)時(shí)有時(shí)無甚至變化幅度很大，其中對(duì)溫度信號(hào)的影響不大。

3.1 干擾原因

經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)的綜合分析，引起干擾原因一般有以下方面。

1)電磁感應(yīng)也就是磁耦合。信號(hào)源與儀表之間的連接導(dǎo)線、儀表內(nèi)部的配線通過磁耦合在電路中形成干擾。如變壓器、交流電機(jī)、高壓電網(wǎng)等周圍存在交變磁場(chǎng)的干擾。解決方法是將導(dǎo)線遠(yuǎn)離這些強(qiáng)電設(shè)備、動(dòng)力網(wǎng)，調(diào)整走線方向及減小導(dǎo)線回路面積，采用雙絞線等。

2)靜電感應(yīng)也就是電的耦合。當(dāng)把信號(hào)線與動(dòng)力線平行敷設(shè)時(shí)，由于動(dòng)力線到兩根信號(hào)線的距離不相等，所以分布電容也不相等，從而在兩根信號(hào)線上產(chǎn)生電位差，有時(shí)能達(dá)到幾十mV甚至更大，特別是高頻設(shè)備及整流變頻設(shè)備的高頻干擾。

解決方法是采用絞合線或?qū)?dòng)力和信號(hào)線分開。

3)振動(dòng)導(dǎo)線在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此在振動(dòng)的環(huán)境中把信號(hào)導(dǎo)線固定是很有必要的。

4)不同地電位引入的干擾接地方式不同，以及不同的地區(qū)都會(huì)引入干擾，針對(duì)系統(tǒng)特點(diǎn)，采取適當(dāng)?shù)慕拥胤椒ā?/p>

3.2 干擾的抑制方法

干擾的抑制方法主要有以下三種。

1)消除噪聲源如變頻器就是最大的噪聲源，并且未作接地處理，實(shí)現(xiàn)起來很麻煩。

2)破壞干擾途徑如信號(hào)導(dǎo)線的扭絞減小串模干擾;采用屏蔽層把信號(hào)導(dǎo)線包起來隔斷各種場(chǎng)的干擾，并且屏蔽層必須接地;對(duì)于變化速度很慢的直流信號(hào)可以在儀表的輸入端加入濾波電路，以減小混雜信號(hào)的干擾;對(duì)于共模干擾通常采

取的措施是將二次儀表與地絕緣，信號(hào)源在系統(tǒng)處接地，信號(hào)回路在系統(tǒng)處單點(diǎn)接地，信號(hào)屏蔽層接地點(diǎn)靠近系統(tǒng)地點(diǎn)接地;采用信號(hào)隔離器或配電器等進(jìn)行隔離以減小地電位不同的影響。

3)軟件措施修改計(jì)算機(jī)程序中的濾波時(shí)間或采用軟濾波等措施。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的干擾通過屏蔽接地、信號(hào)接地、修改濾波時(shí)間、加裝濾波電容等使干擾問題有所改善，最后還通過加配電器進(jìn)行隔離后，干擾去除。

4 結(jié)語

整套系統(tǒng)采用西門子的PLC S7-300 系列CPU和工控機(jī)實(shí)現(xiàn)儀表的監(jiān)控，性價(jià)比很高，有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在實(shí)現(xiàn)的過程中發(fā)生了很多的周折，主要是對(duì)儀表信號(hào)的抗干擾問題認(rèn)識(shí)不足，采取方法不當(dāng)造成的。儀表信號(hào)必須采取各種抗干擾措施接入自動(dòng)化系統(tǒng)，其中對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離是比較不錯(cuò)的一種選擇。