PLC現(xiàn)場(chǎng)干擾淺析

1、PLC現(xiàn)場(chǎng)干擾淺析孫子兵法是中國(guó)古典軍事文化遺產(chǎn)中的璀璨瑰寶，是中國(guó)優(yōu)秀文化傳統(tǒng)的重要組成部分。到現(xiàn)代依然有其非常豐富的內(nèi)涵，為各行各業(yè)人所推崇。也為本人所愛(ài)，“兵者五事，一曰道二曰天三曰地，四曰將五曰法”意指：用兵有五件事重要，兵法、天時(shí)、地利、將才、軍法。借用到此分別指：現(xiàn)場(chǎng)干擾原理、管線(xiàn)、接地、人才、技術(shù)規(guī)定。此文依此次序?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)干擾及處理做一探討。一道必須知道引起現(xiàn)場(chǎng)干擾的源頭。所謂治病先治本，找出問(wèn)題所在，才能提出解決問(wèn)題的辦法。二天信號(hào)線(xiàn)、通訊線(xiàn)等線(xiàn)的品質(zhì)及布線(xiàn)方法是工程中兩個(gè)關(guān)健要素，若選材不當(dāng)、布線(xiàn)凌亂會(huì)出現(xiàn)各種各樣不可預(yù)測(cè)情況，使系統(tǒng)調(diào)試無(wú)法運(yùn)行，解決問(wèn)題相當(dāng)困難，有時(shí)要換線(xiàn)，

2、有時(shí)線(xiàn)路要重布，在施工現(xiàn)場(chǎng)重做這些困難重重。是為先天不足、后天困難。三地現(xiàn)場(chǎng)對(duì)信號(hào)線(xiàn)干擾，產(chǎn)生數(shù)值漂移、不穩(wěn)定、亂動(dòng)作、損耗等等現(xiàn)象均與接地有關(guān)。在系統(tǒng)工程中接地處理不好，直接影響到系統(tǒng)穩(wěn)定性及可*性。所以接地問(wèn)題至關(guān)重要。四將（設(shè)計(jì)）自動(dòng)化工程需要專(zhuān)業(yè)的知識(shí)，豐富的經(jīng)驗(yàn)。一個(gè)好的設(shè)計(jì)、好的施工，后面調(diào)試才能順利進(jìn)行，而這些都需要專(zhuān)業(yè)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的累積。五法（技術(shù)）一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程包括儀表、現(xiàn)場(chǎng)、PLC、通訊及上位組態(tài)，各個(gè)部分都關(guān)系到系統(tǒng)的成功與否，缺一不可。壹、 一道-基本原理現(xiàn)場(chǎng)引起干擾的原因很多，要解決干擾問(wèn)題，須先找出引起干擾的原因，再針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解決。有些干擾可以事后想補(bǔ)求辦法，

3、有些干擾事后解決就會(huì)非常麻煩。象布線(xiàn)一般在施工時(shí)就有要求，否則在現(xiàn)場(chǎng)重新布線(xiàn)存在很大的困難，有時(shí)候根本就不允許。引起干擾的原因基本上是電流改變產(chǎn)生磁場(chǎng)，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射；磁場(chǎng)改變產(chǎn)生電流，電磁高速產(chǎn)生電磁波。在現(xiàn)場(chǎng)有四種情況可以引起這樣的變化：1、 強(qiáng)電干擾：儀表信號(hào)、PLC控制信號(hào)都為弱電，易受強(qiáng)電干擾。所以要求在柜外布線(xiàn)時(shí)（在電纜溝、電纜橋架、穿管等敷設(shè)方式），將通訊線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)、控制線(xiàn)等弱電信號(hào)遠(yuǎn)離強(qiáng)電，間距不得少于20CM。電纜溝多層時(shí)，要求弱電電纜敷設(shè)在強(qiáng)電電纜下方。2、 柜內(nèi)干擾：PLC不能和高壓電器安裝在同一個(gè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，PLC的輸出采用中間繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)外部開(kāi)關(guān)量信號(hào)的隔離。如果現(xiàn)

4、場(chǎng)條件限制，輸入信號(hào)不能和強(qiáng)電電纜有效的隔離，可用小型繼電器來(lái)隔離輸入端的開(kāi)關(guān)量信號(hào)。當(dāng)然PLC來(lái)自控制柜內(nèi)的輸入信號(hào)和距控制柜不遠(yuǎn)的輸入信號(hào)一般沒(méi)有必要用繼電器隔離?？刂乒駜?nèi)的有很多信號(hào)線(xiàn)。如走線(xiàn)混亂，會(huì)引起設(shè)備誤動(dòng)作，檢查起來(lái)卻相當(dāng)麻煩。所以在控制柜設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到這種情況，設(shè)備分層罷放，走線(xiàn)清晰。成套時(shí)，將PLC的IO線(xiàn)和大功率線(xiàn)分開(kāi)走線(xiàn)，如必須在同一線(xiàn)槽內(nèi)，分開(kāi)捆扎交流線(xiàn)、直流線(xiàn)，如條件允許，分槽走線(xiàn)最好，并使其有盡可能大的空間距離，力求將干擾降到最低限度。不同的信號(hào)線(xiàn)最好不用同一個(gè)插接件轉(zhuǎn)接，如必須用同一個(gè)插接件，要用備用端子或地線(xiàn)端子將它們分隔開(kāi)，以減少相互干擾。PLC不能和高壓電器

5、安裝在同一個(gè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線(xiàn)（二者之間距離應(yīng)大于200mm）。與PLC裝在同一個(gè)柜子內(nèi)的電感性負(fù)載，如繼電器、接觸器的線(xiàn)圈，應(yīng)并聯(lián)RC消弧電路。3、 信號(hào)線(xiàn)的抗干擾信號(hào)線(xiàn)承擔(dān)著檢測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)的傳輸任務(wù)，傳輸質(zhì)量直接影響到整個(gè)控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可*性。對(duì)信號(hào)線(xiàn)的干擾主要是來(lái)自空間的電磁輻射，有差模干擾和共模干擾兩種。差模干擾是指疊加在測(cè)量信號(hào)線(xiàn)上的干擾信號(hào)，這種干擾大多是頻率較高的交變信號(hào)，其來(lái)源一般是耦合干擾。抑制常態(tài)干擾的方法有：在輸入回路接RC濾波器或雙T濾波器；盡量采用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，由于這種積分器工作的特點(diǎn)，具有一定的消除高頻干擾的作用；將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)

6、換成電流信號(hào)再傳輸。共模干擾是指信號(hào)線(xiàn)上共有的干擾信號(hào)，一般是由被測(cè)信號(hào)的接地端與控制系統(tǒng)的接地端存在一定的電位差引起的，這種干擾在兩條信號(hào)線(xiàn)上的周期、幅值基本相等情況下，采用上面的方法無(wú)法消除或抑制。方法如下：采用雙差分輸入的差動(dòng)放大器，這種放大器具有很高的共模抑制比；輸入線(xiàn)采用絞合線(xiàn)，絞合線(xiàn)能降低共模干擾，其感應(yīng)互相抵消；采用光電隔離的方法，可以消除共模干擾；使用屏蔽線(xiàn)，并單邊接地；為避免信號(hào)失真，對(duì)于較長(zhǎng)距離傳輸?shù)男盘?hào)要注意阻抗匹配。4、 變頻器干擾一是變頻器啟動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，引起電網(wǎng)電壓畸變，影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量；二是變頻器的輸出會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射干擾，影響周

7、邊設(shè)備的正常工作。變頻器的干擾處理比較麻煩，一般有下面幾種：A、 加隔離變壓器。主要是針對(duì)來(lái)自電源的傳導(dǎo)干擾?？梢詫⒔^大部分的傳導(dǎo)干擾阻隔在隔離變壓器之前。同時(shí)還兼有電源電壓變換的作用。B、使用濾波器濾波器分有源和無(wú)源兩種，一般采用無(wú)源濾波即會(huì)有效果。這些濾波器具有較強(qiáng)的抗干擾能力，還具有防止將設(shè)備本身的干擾傳導(dǎo)給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。C、輸出電抗器在變頻器到電動(dòng)機(jī)之間增加交流電抗器主要是減少變頻器輸出在能量傳輸過(guò)程中線(xiàn)路產(chǎn)生電磁輻射，影響其它設(shè)備正常工作。電抗器必須裝在距離變頻器最近的地方。如果使用鎧裝電纜作為變頻器與電動(dòng)機(jī)的連線(xiàn)時(shí)，可不使用這種方法。但電纜的鎧要在變頻器端可*接

8、地，接地的鎧要原樣不動(dòng)，不能鈕成繩或辨，不能用其它導(dǎo)線(xiàn)延長(zhǎng)，變頻器側(cè)要接在變頻器的地線(xiàn)端子上，再將變頻器接地。4.通訊干擾：最好用隔離通訊方式或用巨騰的串口轉(zhuǎn)光纖環(huán)模塊。貳、線(xiàn)（先天良后天足）1、 線(xiàn)材必須對(duì)開(kāi)關(guān)量信號(hào)（如按鈕、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等提供的信號(hào)）一般對(duì)電纜無(wú)特殊要求，可選用一般的電纜，信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)時(shí)，可選用屏蔽電纜。模擬信號(hào)和高速信號(hào)線(xiàn)（如脈沖傳感器、計(jì)數(shù)碼盤(pán)等提供的信號(hào)）應(yīng)選擇屏蔽電纜。通訊電纜要求可*性高，有的通信電纜的信號(hào)頻率很高，一般應(yīng)選擇PLC生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的專(zhuān)用電纜，在要求不高或信號(hào)頻率較低時(shí)，也可以選用帶屏蔽的雙絞線(xiàn)電纜，但品質(zhì)要好。2、 管路布線(xiàn)須正確將通訊線(xiàn)、信

9、號(hào)線(xiàn)、控制線(xiàn)等弱電信號(hào)遠(yuǎn)離強(qiáng)電，間距不得少于20CM。電源電壓220V以上、電流10A以上的電源電纜與信號(hào)電纜之間的距離應(yīng)該大于60CM。隔離強(qiáng)電或遠(yuǎn)離高頻干擾源（如大功率可控硅裝置、變頻器、高頻焊機(jī)和大型動(dòng)力線(xiàn)）。在現(xiàn)場(chǎng)按如上處理后如仍無(wú)法解決干擾，在管線(xiàn)上套用用金屬管或金屬網(wǎng)。叁、地1、安全地或電源接地：將電源線(xiàn)接地端和柜體連線(xiàn)接地為安全接地。如電源漏電或柜體帶電，可從安全接地導(dǎo)入地下，不會(huì)對(duì)人造成傷害。1、 系統(tǒng)接地或主地如圖所示，PLC控制器為了與所控的各個(gè)設(shè)備同電位而接地，叫系統(tǒng)接地。接地電阻值不得大于4。如圖所示，一般需將PLC設(shè)備系統(tǒng)地和控制柜內(nèi)開(kāi)關(guān)電源負(fù)端接在一起，為控制系統(tǒng)地

10、。ANCO公司的OPEN_PLC系統(tǒng)地為電源模塊上GND端。上圖為控制柜和信號(hào)線(xiàn)的接地示意圖。一般要求信號(hào)線(xiàn)必須要有唯一的參考地，屏蔽電纜遇到有可能產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾的場(chǎng)合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地環(huán)路”。1、 信號(hào)與屏蔽接地1） 信號(hào)線(xiàn)接地開(kāi)關(guān)量信號(hào)不需要接地。模塊量信號(hào)要做接地處理。如下所圖，對(duì)各種線(xiàn)制的接地都有說(shuō)明。a, 2線(xiàn)制傳送器信號(hào)，采用電源接地 b, 3線(xiàn)式傳送器最好加隔離或采用隔離輸入模塊 c, 4線(xiàn)式傳送器最好在傳送端接地。若非要在接收端接地，切記傳送端要懸空。 2）屏蔽地,如圖所示:接地只能單點(diǎn)接地（若高頻則兩端接地，一般模擬信號(hào)傳輸以防干擾為主，不宜兩端接地）

11、3）通訊接地如果485通訊為非隔離，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電源（5V，GND）的GND必須接地。485通訊采用隔離，如下圖所示；單點(diǎn)接地通訊全更穩(wěn)定。通訊線(xiàn)使用屏蔽雙絞線(xiàn)，所以對(duì)屏蔽線(xiàn)要進(jìn)行接地-單點(diǎn)接地。通訊線(xiàn)使用屏蔽雙絞線(xiàn)，所以對(duì)屏蔽線(xiàn)要進(jìn)行接地-單點(diǎn)接地?，F(xiàn)場(chǎng)情況錯(cuò)蹤復(fù)雜，會(huì)對(duì)信號(hào)線(xiàn)產(chǎn)生各種干擾，如何用簡(jiǎn)單的測(cè)試設(shè)備來(lái)判斷是否存在干擾？步驟如下：1) 用萬(wàn)用表AC檔檢測(cè)接收端 ，如受干擾會(huì)產(chǎn)生交流信號(hào)。如果這個(gè)信號(hào)不大，則對(duì)信號(hào)采集影響很小，幾乎沒(méi)有。如果這個(gè)交流信號(hào)大，則會(huì)影響數(shù)值，需想辦法解決。2) 看端是否接地？如接地是否存在懸空或接地不良情況。用萬(wàn)用表測(cè)端和地（可以是系統(tǒng)地，也可以是信號(hào)地

12、）之間的電壓差。3) 若存在交流電壓，則表示存在干擾；4) 若沒(méi)有交流電壓，有直流電壓差。這個(gè)電壓差大，影響系統(tǒng)；差值小，則影響小，可忽略不計(jì)。5) 再看屏蔽層是否接地，是單點(diǎn)接地還是雙點(diǎn)接地？一般為單點(diǎn)接地。4.2、接地線(xiàn)是否存在干擾？1) 將信號(hào)線(xiàn)折下，用萬(wàn)用表相應(yīng)檔測(cè)信號(hào)線(xiàn)，信號(hào)正常，則OK！2) 確定負(fù)端是否接地，若是則OK！沒(méi)有接地最好在（傳感器端接地）。3) 如情況還沒(méi)有解決，在接收端信號(hào)線(xiàn)上加隔離器。對(duì)前面三地做一個(gè)總結(jié)，在一個(gè)工程中，接地處理注意下面幾個(gè)方面：1、 機(jī)體接交流電源的Gnd并接地。2、 柜內(nèi)用到的直流電源，將直流電源的地端接到系統(tǒng)地。3、 傳送模擬信號(hào)的屏蔽線(xiàn)進(jìn)行

13、單點(diǎn)接地。若為了泄放高頻干擾，數(shù)字信號(hào)線(xiàn)的屏蔽層應(yīng)并聯(lián)電位均衡線(xiàn)，其電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10，并將屏蔽層兩端接地。若干擾還是無(wú)法解決，加隔離器。4、 通訊線(xiàn)全接地，否則改成全隔離或者轉(zhuǎn)成光纖通訊，不受任何干擾。5、 屏蔽接地電極與變壓器零線(xiàn)等其它強(qiáng)電設(shè)備接地電極的距離大于15m。 6、 信號(hào)線(xiàn)必須要有唯一的參考地，屏蔽電纜遇到有可能產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾的場(chǎng)合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地環(huán)路”。肆、4P（四項(xiàng)專(zhuān)業(yè)）4P含設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工、試車(chē)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試四個(gè)部分。每一部分的工作都需要懂技術(shù)、有經(jīng)驗(yàn)的工程人員來(lái)完成；1、 設(shè)計(jì)品質(zhì)是設(shè)計(jì)出來(lái)的，在工程最初設(shè)計(jì)階段，工程師就考慮到所有可能發(fā)

14、生的干擾現(xiàn)象。一般有下面幾個(gè)方面：A、 接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（參考三地處理原則）B、 管線(xiàn)的設(shè)計(jì)，應(yīng)選合適的信號(hào)線(xiàn)、通訊線(xiàn)，作保守的管路設(shè)計(jì)，尤其是通訊管路最好采用全程金屬管。C、 電源設(shè)計(jì)，尤其是有變頻器應(yīng)用的場(chǎng)合，需特別注意電源的隔離。D、 系統(tǒng)的通訊是系統(tǒng)最關(guān)健的部分，要做到100%的穩(wěn)定可*。E、 信號(hào)和模塊類(lèi)型的匹配開(kāi)關(guān)量模塊、模擬量模塊和傳感器、通訊線(xiàn)等選型必須由經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師來(lái)進(jìn)行，比如模擬量模塊并不一定選用隔離模塊，但在什么情況下選用隔離模塊就須要有豐富工程經(jīng)驗(yàn)。一般如下：開(kāi)關(guān)量采用無(wú)源接點(diǎn)輸入，不使用有源輸入；模擬量采用隔離方式；通訊線(xiàn)進(jìn)行隔離或最好采用光纖；模擬量信號(hào)只能單邊接

15、地。2、 現(xiàn)場(chǎng)施工工程現(xiàn)場(chǎng)條件錯(cuò)綜復(fù)雜，必須由相當(dāng)施工經(jīng)驗(yàn)的工程師來(lái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工指揮， 最大限度的減少各種干擾。進(jìn)場(chǎng)前，需由工程設(shè)計(jì)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工程師進(jìn)行相關(guān)事項(xiàng)的說(shuō)明，包括各個(gè)注意事項(xiàng)，特殊施工要求等等?，F(xiàn)場(chǎng)施工人員需進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)。施工人員必須按圖施工，對(duì)線(xiàn)路要標(biāo)示清楚，特別是接地線(xiàn)不可遺漏。有時(shí)一條線(xiàn)接錯(cuò)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)有問(wèn)題。3、 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試測(cè)試講究方法，分步驟進(jìn)行。出現(xiàn)問(wèn)題后要善于分析，系統(tǒng)化、有條理的進(jìn)行。分步驟進(jìn)行測(cè)試，找出問(wèn)題所在，再對(duì)問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)處理。4、 試車(chē)試車(chē)的工作需各個(gè)單位配合，事前需制訂詳細(xì)的計(jì)劃，現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)一指揮，分工合作以確保試車(chē)有效及安全。在實(shí)際工作中，試車(chē)的計(jì)劃往往被忽

16、略，如果事先沒(méi)有做好協(xié)調(diào)工作，場(chǎng)面會(huì)亂作一團(tuán)。因此必須由經(jīng)驗(yàn)豐富人士進(jìn)行各方面協(xié)調(diào)。伍、五種技術(shù)1、 儀表技術(shù)儀表的選型非常重要，若選型不對(duì)將無(wú)法使用，給后續(xù)工作帶來(lái)很大的不便。在使用前，需對(duì)儀表進(jìn)行校準(zhǔn)，以便測(cè)試準(zhǔn)確。所以對(duì)儀表有兩個(gè)要求，選型正確，測(cè)量準(zhǔn)確。2、 PLC設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、柜體設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、接線(xiàn)設(shè)計(jì)等，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需考慮到前面說(shuō)到的一道、二天、三地。3、 現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指接地、電源、管路布置、電纜敷設(shè)、施工安全等技術(shù)，正規(guī)施工會(huì)有一系列報(bào)導(dǎo)手則。比如說(shuō)電纜，大到走線(xiàn)方式，小于壓接端子都有要求。4、 通訊技術(shù)指系統(tǒng)通訊設(shè)計(jì)，通訊線(xiàn)選型及布線(xiàn)、施工、測(cè)試等。通訊一般根據(jù)工

17、程需要選擇。5、 SCADA技術(shù)指系統(tǒng)設(shè)計(jì)、上位機(jī)組態(tài)畫(huà)面、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、打印報(bào)表設(shè)計(jì)等，為方便操作和管理自控系統(tǒng)進(jìn)行人性化設(shè)計(jì)。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，舉相關(guān)案例來(lái)進(jìn)行情況描述。案例一：某一電廠(chǎng)用了ANCO公司EIO_2000系列的EUI_08模塊采集信號(hào)，在同一通訊線(xiàn)上放了6個(gè)模塊，模塊通訊會(huì)中斷，重上電后能通訊上，但馬上又會(huì)斷開(kāi)。1、 從現(xiàn)場(chǎng)看，模塊24VDC供電從PS307接出，此電源性能穩(wěn)定，排除電源引起干擾的情況。2、 EUI_08模塊大部分接PT100，K型、T型熱電偶信號(hào)，觀察控制柜內(nèi)進(jìn)線(xiàn)排，電纜統(tǒng)一采用了屏蔽雙絞線(xiàn)，且屏蔽端編辮接到接地排上，由現(xiàn)場(chǎng)接地網(wǎng)統(tǒng)一接地?，F(xiàn)場(chǎng)干擾應(yīng)能屏蔽。為確保起見(jiàn)，將模塊接線(xiàn)端子拔除，觀察模塊通訊狀況未變，排除干擾由信號(hào)端引起的可能。3、 將控制柜內(nèi)線(xiàn)槽蓋板打開(kāi)，發(fā)現(xiàn)模塊間通訊線(xiàn)采用二根單線(xiàn)，無(wú)接地，線(xiàn)槽布線(xiàn)較亂，有可能產(chǎn)生干擾。模塊連到控制器采用五類(lèi)線(xiàn)，距離短，在槽內(nèi)走線(xiàn)單一，分折認(rèn)為這里干擾少。從以上分折后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可能出在模塊間通訊線(xiàn)上，解決辦法是將通訊線(xiàn)換成屏蔽雙絞線(xiàn)，屏蔽端接地。經(jīng)實(shí)地更換后，通訊正常。案例二系統(tǒng)的模擬量模塊偶爾發(fā)生問(wèn)題，所接信號(hào)為典型3線(xiàn)式傳送器1、 道：用電表測(cè)試電流均正常且無(wú)特別