西门子PLC S7-300的应用及抗干扰问题的探讨

1 概述

传统的仪表显示及调节系统采用数显表及DCS集散控制系统进行显示及过程调节。所施工的炼铁单位高炉炼铁系统环境条件恶劣，自动化系统应用简单，原仪表显示采用小型DCS系统，采用调节器调节电动调节阀，由于原DCS 系统老化导致系统极不稳定，仪表显示不准且不稳定，原工控机经常无端死机，严重影响了正常的生产，不得不采用数显表临时显示。厂家要求改换新的自动控制系统，最好不用DCS 系统。鉴于西门子PLC S7-300 系统的普遍应用，我们建议用户改用PLC 代替原来的DCS。

2 PLC S7-300自动化系统架构

系统架构如图1 所示。

系统配置如表1 所列。

该公司380 m3 炼铁高炉自动化控制系统包括上料卷扬、高炉本体、布袋除尘与热风炉共四个子系统，现场仪表包括压力、温度、流量、物位等50 多个点。

系统采用西门子PLC S7-314 作为控制器，通过配电器进行压力、流量、液位等信号的隔离，接入模拟量输入模块进行实时数据的采样，通过CPU 的程序进行数据处理转换为数字量(工程量)再与工控机的变量进行连接，在工控机的监控画面上进行显示。通讯采用MPI 协议，PLC 通过PC/MPI适配器电缆进行与上位机的通讯。工控机监控软件采用WINCC V6.0。操作系统采用Windows2000 专业版，编程软件采用西门子STEP7 V5.4。

值班室放置工控机及PLC 控制柜一套。工程师可以根据实时曲线和历史曲线及相应生产指标之间规律，确定重要参数区域，进行工艺分析判断，高效地得到技术分析结果，以便寻求到高炉生产过程工艺参数的最佳范围和各参数间的最佳组合，从而最大限度地挖掘高炉潜力，不断改善技术经济指标。

3 系统实现方法及抗干扰分析

仪表信号为模拟小电流信号，由于原系统未做接地处理，动力电缆和信号电缆在一个电缆桥架内敷设，压力、流量、液位等4耀20 mA 电流信号原先经过配电器进入DCS系统，技术人员在拆除原线路后重新接线时未通过配电器连接到PLC模块，导致隔壁的上料卷扬变频器启动后，使工控机上的信号时有时无甚至变化幅度很大，其中对温度信号的影响不大。

3.1 干扰原因

经过对系统的综合分析，引起干扰原因一般有以下方面。

1)电磁感应也就是磁耦合。信号源与仪表之间的连接导线、仪表内部的配线通过磁耦合在电路中形成干扰。如变压器、交流电机、高压电网等周围存在交变磁场的干扰。解决方法是将导线远离这些强电设备、动力网，调整走线方向及减小导线回路面积，采用双绞线等。

2)静电感应也就是电的耦合。当把信号线与动力线平行敷设时，由于动力线到两根信号线的距离不相等，所以分布电容也不相等，从而在两根信号线上产生电位差，有时能达到几十mV甚至更大，特别是高频设备及整流变频设备的高频干扰。

解决方法是采用绞合线或将动力和信号线分开。

3)振动导线在磁场中运动时，会产生感应电动势，因此在振动的环境中把信号导线固定是很有必要的。

4)不同地电位引入的干扰接地方式不同，以及不同的地区都会引入干扰，针对系统特点，采取适当的接地方法。

3.2 干扰的抑制方法

干扰的抑制方法主要有以下三种。

1)消除噪声源如变频器就是最大的噪声源，并且未作接地处理，实现起来很麻烦。

2)破坏干扰途径如信号导线的扭绞减小串模干扰;采用屏蔽层把信号导线包起来隔断各种场的干扰，并且屏蔽层必须接地;对于变化速度很慢的直流信号可以在仪表的输入端加入滤波电路，以减小混杂信号的干扰;对于共模干扰通常采

取的措施是将二次仪表与地绝缘，信号源在系统处接地，信号回路在系统处单点接地，信号屏蔽层接地点靠近系统地点接地;采用信号隔离器或配电器等进行隔离以减小地电位不同的影响。

3)软件措施修改计算机程序中的滤波时间或采用软滤波等措施。

对现场系统运行过程中的干扰通过屏蔽接地、信号接地、修改滤波时间、加装滤波电容等使干扰问题有所改善，最后还通过加配电器进行隔离后，干扰去除。

4 结语

整套系统采用西门子的PLC S7-300 系列CPU和工控机实现仪表的监控，性价比很高，有很好的经济价值。在实现的过程中发生了很多的周折，主要是对仪表信号的抗干扰问题认识不足，采取方法不当造成的。仪表信号必须采取各种抗干扰措施接入自动化系统，其中对信号进行隔离是比较不错的一种选择。