淺談PLC控制系統(tǒng)的干擾問題(定稿)

1、淺談PLC控制系統(tǒng)的干擾問題【摘 要】本文分析了PLC控制系統(tǒng)干擾的原因及解決方法，詳細(xì)闡述了PLC控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的原因，并對其進(jìn)行分析探討，著重介紹了一些常用的消除干擾的措施，文中結(jié)合相關(guān)的圖紙，從理論到實(shí)際應(yīng)用等方面對解決抗干擾問題進(jìn)行詳細(xì)的論述?！娟P(guān)鍵詞】 干擾、接地、信號【正 文】 進(jìn)入21世紀(jì)，隨著電氣自動化技術(shù)的不斷提高，工業(yè)設(shè)備自動化控制系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。可編程控制器簡稱PLC，它是一種特殊的控制計(jì)算機(jī)，具有編程簡單、通用新好、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域中，控制系統(tǒng)的可靠性雖然很高，但是并非“萬無一失”，系統(tǒng)的抗干擾能力關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，而系統(tǒng)的可靠性則直接

2、影響到設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，將直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的因素很多，而最直接、嚴(yán)重、難以捉摸的是控制系統(tǒng)的干擾問題。下面對PLC控制系統(tǒng)的干擾問題談?wù)勛约旱膸c(diǎn)想法：PLC控制系統(tǒng)干擾因素的分析一、 來自空間輻射的干擾電氣設(shè)備、電子設(shè)備的高密度應(yīng)用以及由電力網(wǎng)絡(luò)、雷電、無線電廣播和雷達(dá)等產(chǎn)生的空間輻射電磁場，其主要以電磁感應(yīng)的方式直接對PLC內(nèi)部和通信網(wǎng)絡(luò)的通信線路產(chǎn)生干擾。二、 來自系統(tǒng)外部引線的干擾這種干擾主要由于電源、信號線路等引起的干擾，通常稱為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場較為嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面：1. 由電源引起的干擾PLC系統(tǒng)一般由工業(yè)電網(wǎng)供電，工

3、業(yè)系統(tǒng)中的某些大型設(shè)備的啟動、停機(jī)等，可能引起電源過壓、欠壓、浪涌、下陷及產(chǎn)生尖峰等干擾，這些電壓噪聲干擾均會通過電源內(nèi)阻藕合到PLC系統(tǒng)的電路，給系統(tǒng)造成極大的危害。實(shí)踐證明，因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多。2. 由于信號線路引入的干擾此干擾主要有兩種信息途徑:一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往容易被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號線上的外部感應(yīng)干擾，這種干擾往往非常嚴(yán)重。由信號線引入的干擾會引起I/0信號工作異常和測量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)可能引起元器件損傷。對于隔離性能較差的系統(tǒng)，還可能導(dǎo)致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線

4、回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機(jī)。PLC控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I/O模件損壞的情況比較嚴(yán)重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。此種干擾經(jīng)常發(fā)生于信號傳輸距離長的控制系統(tǒng)上。3. 由于接地系統(tǒng)混亂引起的干擾眾所周知良好的接地是提高電子設(shè)備可靠工作的有效手段之一，正確合理的接地能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；但接地不合理或是錯誤接地反而會引入嚴(yán)重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)無法正常工作。PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等，如果接地系統(tǒng)混亂，對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)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地

5、電位差，有電流流過屏蔽層。當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷電擊時(shí)，地線電流將更大。此外，屏蔽層、接地線和大地可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)會出現(xiàn)感應(yīng)電流，干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生地地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。三、 由于PLC系統(tǒng)內(nèi)部引起的干擾主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射、模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于PLC制造廠家對系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)的內(nèi)容，一般在成熟的系統(tǒng)中很少會發(fā)生。PLC系統(tǒng)的抗干擾措施和方法為了確保控制系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，提高可靠性，必須

6、對控制系統(tǒng)采取一定的抗干擾措施。一、 電源部分的抗干擾電源變壓器是電源部分的主要元件，為了抑制電網(wǎng)中的干擾，一般選用隔離變壓器，且變壓器容量應(yīng)比實(shí)際需要大1.2-1.5倍左右。在使用中應(yīng)要求變壓器的屏蔽層良好接地，次級線圈連接線要使用雙絞線，以減少電源線間干擾。對于PLC的控制器電源，如果條件許可，還可在隔離變壓器前加入濾波器，此時(shí)變壓器的初級和次級連接線均要使用雙絞線。這樣干擾信號經(jīng)濾波隔離后可大大減弱，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。PLC供電系統(tǒng)可采用控制器和I/O 系統(tǒng)分別由各自的隔離變壓器供電，并與主電路電源分開。當(dāng)某一部分電源出現(xiàn)故障時(shí)，而不會影響其它部分，如輸入、輸出供電中斷時(shí)，控制器仍能繼

7、續(xù)供電，提高了系統(tǒng)的可靠性，對于供電質(zhì)量缺乏保證時(shí)(非長時(shí)間停電，控制器可利用UPS 不間斷電源供電，即將控制器前面的屏蔽變壓器改為UPS 電源。對于一些重要的設(shè)備，為了提高系統(tǒng)的可靠性，交流供電電路可采用雙回路供電系統(tǒng)。二、 輸入/輸出信號的抗干擾為了防止輸入/輸出信號受到干擾，應(yīng)盡量選用絕緣型I/O模塊。1. 輸入信號的抗干擾: 輸入信號的輸入線之間的差模干擾可以利用輸入模塊濾波來減小干擾，而輸入線與大地間的共模干擾可通過控制器的接地來抑制。在輸入端有感性負(fù)載時(shí)，為了防止電路信號突變而產(chǎn)生感應(yīng)電勢的影響，可采用硬件的可靠性容錯和容差設(shè)計(jì)技術(shù)，即在負(fù)載兩端并聯(lián)電容C 和電阻R，對于直流輸入信

8、號，可并接續(xù)流二極管D。一般負(fù)載容量在10VA以下時(shí)，應(yīng)選C為0.1F，R為120，當(dāng)負(fù)載容量在10VA以上時(shí)，應(yīng)選C為0.47F，R為47。2. 輸出信號的抗干擾：對于PLC系統(tǒng)為開關(guān)量輸出，可有繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出三種形式。具體選擇要根據(jù)負(fù)載要求來決定。若負(fù)載超過了PLC的輸出能力，應(yīng)外接繼電器或接觸器，才可正常工作。PLC輸出端子若接有感性負(fù)載，輸出信號由OFF變?yōu)镺N或從ON變?yōu)镺FF時(shí)都會有某些電量的突變而可能產(chǎn)生干擾，故應(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，以保護(hù)PLC的輸出觸點(diǎn)，對于直流負(fù)載，通常是在線圈兩端并聯(lián)續(xù)流二極管D，二極管應(yīng)盡可能靠近負(fù)載，二極管可為1A的管子。對于交流負(fù)

9、載，應(yīng)在線圈兩端并聯(lián)RC吸收電路，根據(jù)負(fù)載容量，電容可取0.1-0.47F，電阻可取47-120，且RC盡可能靠近負(fù)載。對于大容量負(fù)載電路，由于繼電器或接觸器在通斷時(shí)會產(chǎn)生電弧干擾，因此須在主觸點(diǎn)兩端連接RC浪涌吸收器，若電動機(jī)或變壓器開關(guān)干擾時(shí)，可在線間采用RC浪涌吸收。三、 外部配線的抗干擾外部配線之間存在著互感和分布電容，進(jìn)行信號傳送時(shí)會產(chǎn)生竄擾。為了防止或減少外部配線的干擾，交流輸入、輸出信號與直流輸入、輸出信號應(yīng)分別使用各自的電纜，集成電路或晶體管設(shè)備的輸入、輸出信號線要使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在輸入、輸出側(cè)要懸空，而控制器側(cè)要接地。配線時(shí)在30米以下的短距離，直流和較輸入、輸出信號線

10、最好不要使用同一電纜管，如果要走同一配線管時(shí)，輸入信號要使用屏蔽電纜。30-300米距離的配線時(shí)，直流和交流輸出、輸入信號線要分別使用各自電纜，并且輸入信號線一定要用屏蔽線。對于300米以上長距離配線時(shí)，則可用中間繼電器轉(zhuǎn)換信號，或使用遠(yuǎn)程I/O通道。對于控制器的接地線要與電源線或動力線分開，輸入、輸出信號線要與高電壓、大電流的動力線分開配線。四、 PLC系統(tǒng)的接地措施良好的接地是保證PLC 可靠工作的重要條件之一，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地線與機(jī)器的接地端相聯(lián)，基本單元必須接地，如果選用擴(kuò)展單元，其接地點(diǎn)與基本單元接地點(diǎn)接在一起。為了抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC 接以專用地線，接地線與動力設(shè)備(如電動機(jī)的接地點(diǎn)應(yīng)分開，若達(dá)不到此要求，則可與其它設(shè)備公共接地，嚴(yán)禁與其它設(shè)備串聯(lián)接地。接地電阻要小于5，接地線要粗，面積要大于2 mm²，而且接地點(diǎn)最好靠近PLC 裝置，其間的距離要小于50 米，接地線應(yīng)避開強(qiáng)電回路，若無法避開時(shí)，應(yīng)垂直相交，縮短平行走線的長度。結(jié)束語：PLC控制系統(tǒng)的抗干擾是系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，除了上述所應(yīng)采取的一些抗干擾措施和