PLC抗干擾分析及措施

1、PLC抗干擾分析及措施    可編程控制器(PLC)作為新一代的工業(yè)控制裝置，因其本身具有高可靠性、較強(qiáng)的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性以及編程簡單、操作方便等特性，再配上各種測量控制儀表而在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證PLC的正常運(yùn)行。    1 影響PLC控制系統(tǒng)可靠性的干擾及來源        PLC控制系統(tǒng)

2、主要集中安裝在主控室中，是由于其系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備種類多，輸入輸出(IO)端口多，特別是外部的連接電纜又多又長。它們大多處在強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。除了惡劣的電磁環(huán)境外，PLC系統(tǒng)還涉及機(jī)械振動(dòng)、化學(xué)腐蝕等場合。總體來說，PLC系統(tǒng)的干擾主要是2種形式：電磁干擾和機(jī)械振動(dòng)干擾。現(xiàn)場電磁干擾是PLC控制系統(tǒng)中最常見也是最易影響系統(tǒng)可靠性的因素之一，找出問題所在，才能提出解決問題的辦法。        11 電磁干擾源及一般分類        電磁干擾大都

3、產(chǎn)生于用電設(shè)備電流或電壓急劇變化，其原因是電流改變(電壓變化也同時(shí)會(huì)導(dǎo)致電流變化)會(huì)在用電設(shè)備周圍產(chǎn)生可變磁場，對(duì)周邊設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射；電磁輻射又會(huì)在該設(shè)備的薄弱部位產(chǎn)生電位差，即電磁干擾。        通常電磁干擾按干擾模式不同，分為差模干擾和共模干擾。差模干擾是指作用于信號(hào)兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號(hào)間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓，這種干擾疊加在信號(hào)上，直接影響測量與控制精度。共模干擾是每個(gè)被干擾點(diǎn)對(duì)地的電位差，主要由電網(wǎng)串人、地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)線上感應(yīng)的共態(tài)(同方向)電壓疊加所

4、形成。共模電壓通過不對(duì)稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測控信號(hào)，造成元器件損壞(這就是一些系統(tǒng)Io模件損壞率較高的主要原因)，這種共模干擾可為直流，亦可為交流。        12 PLC系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源及途徑        1)電網(wǎng)干擾。普通供電網(wǎng)絡(luò)，由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，電網(wǎng)上會(huì)有各種各樣的用電設(shè)備。電源設(shè)備的停送電操作浪涌、大型設(shè)備的起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等都會(huì)在線路上感應(yīng)出電壓而在PLC系統(tǒng)所處空間形成電磁干擾，這些

5、電壓噪聲會(huì)通過電源內(nèi)阻耦合到PLC系統(tǒng)的電路中，給系統(tǒng)造成極大的危害。所以PLC如果直接從公用電網(wǎng)供電，將是很危險(xiǎn)的。        2)柜內(nèi)干擾。如果PLC系統(tǒng)與其他大電感設(shè)備、高電壓設(shè)備混裝，控制柜內(nèi)的高壓電器，大電感性負(fù)載，混亂的布線都容易對(duì)PLC造成一定程度的干擾。        即使PLC系統(tǒng)只與小容量電器安裝在一起，這些電器的通斷控制同樣會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。        3)信

6、號(hào)線干擾。與PLC控制系統(tǒng)相連的各類信號(hào)線，除了傳輸各類有效的信息之外，還會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。外部干擾主要有2種：一是通過變送器供電電源或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視；二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾，這是很嚴(yán)重的。信號(hào)線干擾會(huì)引起I0信號(hào)工作異常并大大降低測量精度，嚴(yán)重時(shí)將損傷元器件。        4)接地系統(tǒng)的干擾。接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性的有效手段之一。正確的接地，可以抑制電磁干擾的影響，還可抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；模擬電路的影響，邏輯地與模擬地的相互影響及元器件

7、間的相互不匹配使用等。        5)變頻器的干擾。變頻器啟動(dòng)和運(yùn)行過程中產(chǎn)生的諧波可以對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，從而引起電網(wǎng)電壓畸變，影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量；變頻器的輸出也會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射干擾，進(jìn)而影響周邊設(shè)備的正常工作。        13 非電磁干擾        1)由于機(jī)械拉扯，線路自身老化等原因造成傳輸信號(hào)時(shí)斷時(shí)續(xù)，現(xiàn)場信號(hào)無法準(zhǔn)確地傳送給PLC，造成控制出錯(cuò)。 &#

8、160;      2)機(jī)械觸點(diǎn)抖動(dòng)，現(xiàn)場觸點(diǎn)雖然只閉合一次，PLC卻認(rèn)為閉合了多次，但由于PLC掃描周期太短，仍可能在計(jì)數(shù)、累加、移位等指令中出錯(cuò)，出現(xiàn)錯(cuò)誤控制結(jié)果。        3)現(xiàn)場執(zhí)行變送器、機(jī)械開關(guān)自身出故障，如觸點(diǎn)接觸不良，變送器反映現(xiàn)場非電量偏差較大或不能正常工作等。這些故障同樣會(huì)使控制系統(tǒng)不能正常工作。影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)出錯(cuò)的主要原因有：控制負(fù)載的接觸不能可靠動(dòng)作，雖然PLC發(fā)出了動(dòng)作指令，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)并沒按要求動(dòng)作；各種電動(dòng)閥、電磁閥開、關(guān)不能到位，使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)

9、無法按PLC的理想控制要求動(dòng)作，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作，降低了系統(tǒng)可靠性。    2 主要抗干擾措施        21 電源的合理處理。抑制電網(wǎng)引入的干擾        對(duì)于電源引入的電網(wǎng)干擾可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的變比為1：1的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。最好采用專用的凈化電源。PLC的CPU部分與I0部分分別供電，以避免I0外部回路短路造成PLC停機(jī)。    

10、60;   22 安裝與布線     1)安裝。PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源如電焊機(jī)、大功率硅整流裝置和大型動(dòng)力設(shè)備，不能與高壓電器安裝在同一個(gè)開關(guān)柜內(nèi)。在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線(二者之間距離應(yīng)大于200 mm)。與PLC裝在同一個(gè)柜子內(nèi)的電感性負(fù)載，如功率較大的繼電器、接觸器的線圈，應(yīng)并聯(lián)RC消弧電路。        2)柜內(nèi)布線。柜內(nèi)導(dǎo)線盡量按照不同的電壓等級(jí)及類別分別走線，電源線采用雙絞線。如必須在同一線槽內(nèi)，分開捆扎交流信號(hào)線、直流信號(hào)線。  &

11、#160;     3)柜外布線。PLC的輸入與輸出、開關(guān)量與模擬量要分開敷設(shè)。模擬量信號(hào)的傳送應(yīng)采用屏蔽線，屏蔽層應(yīng)一端接地，接地電阻應(yīng)小于1 Q。不同電壓等級(jí)的信號(hào)不能安排在同一根電纜中，交流信號(hào)與直流信號(hào)不能安排在同一根電纜中。       23 PLC輸出負(fù)載的抗干擾處理        PLC輸出模板采用繼電器輸出型時(shí)，所帶的電感性負(fù)載的大小，會(huì)影響到模板內(nèi)繼電器的使用壽命，因此，使用電感性負(fù)載時(shí)應(yīng)合理選擇，或加隔離繼

12、電器。更重要的一點(diǎn)，PLC的輸出負(fù)載可能產(chǎn)生干擾，因此要采取措施加以控制，若負(fù)載為直流電感性負(fù)載，則在負(fù)載兩端加續(xù)流二極管保護(hù)，若負(fù)載為交流點(diǎn)剛性負(fù)載，則在負(fù)載兩端加阻容吸收電路，見圖1。一般選擇D為1 A，R為100 Q，C為047 pF。        圖1 阻容吸收電路不意圖        24 正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)        良好的接地是保證PLC可靠工作的

13、一個(gè)重要條件，可避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地的目的一般有兩個(gè)：一是為了安全，二是為了抑制干擾。完善的接地是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。        PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對(duì)PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)之間存在地電位差，從而引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。比如電纜屏蔽層必須單點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí)，地線電流將更大。此外，接地線、屏蔽層和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作

14、用下，屏蔽層內(nèi)又會(huì)感應(yīng)出電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合信號(hào)回路受到干擾。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等的電位分布，影響PLC內(nèi)模擬電路和邏輯電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾易影響PLC的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)等故障。模擬地電位的分布將使測量精度下降，會(huì)引起對(duì)信號(hào)測控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作。        1)安全地或電源接地。將電源線接地端和柜體連線接地做為安全接地。若電源漏電或柜體帶電，可以從安全接地端導(dǎo)入地下。 &#

15、160;      2)系統(tǒng)接地。系統(tǒng)接地即PLC控制器為了與所控的各個(gè)設(shè)備同電位而接地。接地電阻值不得大于4 Q，通常需將PI，C設(shè)備系統(tǒng)地和控制柜內(nèi)開關(guān)電源負(fù)端接在一起，作為控制系統(tǒng)地。        3)信號(hào)與屏蔽接地。一般要求信號(hào)線必須有唯一的參考地，屏蔽電纜遇到可能產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾的場合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地環(huán)路”。信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號(hào)側(cè)接地；不接地時(shí)，應(yīng)在PLC側(cè)接地；信號(hào)線中間有接頭時(shí)，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，一定要避免多點(diǎn)接地

16、；多個(gè)測點(diǎn)信號(hào)的屏蔽雙絞線與多芯對(duì)絞總屏蔽電纜連接時(shí)，各屏蔽層應(yīng)互相連接好，并經(jīng)絕緣處理，選擇適當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c(diǎn)接地。        25 對(duì)變頻器干擾的抑制        變頻器干擾處理一般有以下幾種方式：        1)加隔離變壓器，主要針對(duì)來自電源的傳導(dǎo)干擾，可將絕大部分的傳導(dǎo)干擾阻隔在隔離變壓器之前；2)使用濾波器，濾波器具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可防止將設(shè)備本身的干擾傳導(dǎo)給電源，

17、有些還兼有尖峰電壓吸收功能；3)使用輸出電抗器，在變頻器和電動(dòng)機(jī)之間增加交流電抗器主要是為了減少變頻器輸出在能量傳輸過程中線路產(chǎn)生電磁輻射，影響其它設(shè)備正常工作。    3 礦井提升系統(tǒng)干擾問題及解決辦法        我礦在2007年投產(chǎn)了一套1 900 kw交一交變頻提升系統(tǒng)，針對(duì)現(xiàn)場出現(xiàn)的問題采取了以下的抗干擾措施：1)把功率部分與控制部分分別安裝在兩層，使得功率柜對(duì)PLC以及變頻控制部分的電磁干擾減至最低；2)PI，C系統(tǒng)及變頻控制系統(tǒng)用的交流控制電源均通過UPS供電，使得高壓電網(wǎng)側(cè)的干擾信號(hào)不會(huì)通過電源直接傳入控制系統(tǒng)；3)為了可靠接地并減少接地電阻，在保證接地極電阻小于1 Q的基礎(chǔ)上，選用雙根95 mm2電纜作為接地電纜；4)對(duì)于