PLC控制系統(tǒng)的抗干擾問題

摘要：作者根據(jù)這幾年來的設計、安裝和使用維護經(jīng)臉提出了PLC在應用中必須提高系統(tǒng)的綠合杭干撫能力及應注意的問題。

　　1 電磁干擾源及對系統(tǒng)地干擾
　　1.1 干擾源及干擾的一般分類
　　影響PLC控制系統(tǒng)地干擾源與一般影響工業(yè)控制設備地干擾源一樣
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，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即干擾源。干擾類型通常按干擾產(chǎn)生的原因、噪聲干擾模式和噪聲的波形性質(zhì)的不同劃分。其中按噪聲產(chǎn)生的原因不同分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質(zhì)不同，分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等；按嗓聲干擾模式不同，分為共模于擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號對地的電位差
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，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態(tài)(同方向)電壓跌加所形成。共模電壓有時較大，特別是采用隔離性能差的配電器供電時，變送器輸出信號的共模電壓普遍較高
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，有的可高達130 V以上。共模電抓通過不對稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓控制工程網(wǎng)版權所有，直接影響測控信號，造成元器件損壞(這就是一些系統(tǒng)UO模件損壞率較高的主要原因)這種共摸干擾可分為直流，亦可為交流。差模千擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間藕合感應及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓，直接疊加在信號上，直接
影響測量與控制精度。
　　1.2 PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源
　　1.2.1 來自空間的輻升干擾
　　空間的輻射電磁場主要由電力網(wǎng)絡、電氣設備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產(chǎn)生的，通常成為輻射干擾，其分布極為復雜。若PLC系統(tǒng)置于所射頻場內(nèi)，就回收到輻射于擾，其影響主要通過兩條路徑:一是直接對PLC內(nèi)部的輻射，由電路感應產(chǎn)生干擾；二是對PLC通信內(nèi)網(wǎng)絡的輻射，由通信線路的感應引人干擾。輻射于擾與現(xiàn)場設備布置及設備所產(chǎn)生的電磁場大小，特別是頻率有關，一般通過設置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。
　　1.2.2 來自系統(tǒng)外引線的干擾
　　(1)來自電源的干擾。PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。山于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，開關操作浪涌，大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路狀態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源里邊。PLC電源通常采用隔離電源。但其機構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性能并不理想。實際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。
　　(2)來自信號線引入的干擾。與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵人。此于擾主要有兩種途徑:一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串人的電網(wǎng)干擾，往往被忽視；二是信號線受到空間電磁輻射感應的干擾即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。山信號引人干擾會引起UO信號工作異常和測量精度的大大降低，嚴重時會引起元器件損傷。對于隔離性能較差的系統(tǒng)，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動作和死機。
　　(3)來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾。接地是提高電子設備電磁兼容性的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁千擾的影響，又能抑制設備向外發(fā)出干擾而錯誤的接地，反而會引起嚴重的干擾信號，使系統(tǒng)無法正常工作。
　　1.2.3 來自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾
　　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及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相4E92影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于PLC制造廠對系統(tǒng)內(nèi)部進行電磁兼容設計的內(nèi)容，比較復雜，應用部門無法改變，但要選擇具有較多應用實績或紀呂丈考驗的模塊。
　　2 PLC控制系統(tǒng)工程應用的抗干擾設計
　　2.1 設備選型
　　在選擇設備時，首先要選擇有高效抗干擾能力的產(chǎn)品，其中包括了電磁兼容性。尤其是抗外部干擾能力，如采用浮地技術籠隔離性能如的PLC系統(tǒng):其次還應了解生產(chǎn)廠商給出的抗干擾指標，如共模擬制比、差模擬制比，耐壓能力，允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環(huán)境中工作；另外是靠考察其在類似工作中的應用實績。在選擇國外進口產(chǎn)品要注意:我國是采用220 V高內(nèi)阻電網(wǎng)制式，而歐美地區(qū)是110 V低內(nèi)阻電網(wǎng)。由于我國電網(wǎng)內(nèi)阻大，零點電位漂移大，地電位變化大，工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾至少要比歐美地區(qū)高4倍以上，對系統(tǒng)抗十擾性能要求更高，在國外能正常工作的PLC產(chǎn)品在國內(nèi)不一定能可靠運行，這就要在采用國外產(chǎn)品時，按我國的標準合理選擇。
　　2.2綜合抗干擾設計
　　主要考慮來自系統(tǒng)外部的兒種抑制措施。主要內(nèi)容包括:對PLC系統(tǒng)及外引線進行評比以防空間輻射電磁干擾；對外弓}線進行隔離、濾波，特別是動力電纜，分層布置，以防通過外引線引人傳導電磁干擾；正確設計接地點和接地裝置，完善接地系統(tǒng)。另外還必須利用軟件手段，進一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。
　　3 主要抗干擾措施
　　3.1采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾
　　在PLC控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。電網(wǎng)干擾串人PLC控制系統(tǒng)主要通過PLC系統(tǒng)的供電電源(如CPU、電源、I/O電源等)、變送器供電電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等禍合進人的。對于變送器和共用信號儀表供電選擇分布電容小、抑制帶大(如采用多次隔離和屏蔽及漏感技術)的配電器，以減少PLC系統(tǒng)的干擾。此外，為保證電網(wǎng)饋電不中斷，可采用在線式不間斷供電電源9UPS0供電，提高供電的安全可靠性。并且UPS還具有較強的干擾隔離性能，是一種PLC控制系統(tǒng)的理想電源。
　　3.2 電纜選擇的敷設
　　為了減少動力電纜輻射電磁干擾，尤其是變頻裝置敷電電纜的輻射電磁干擾。在工程中，因采用鋼帶愷裝屏蔽電力電纜，從而降低動力電纜生產(chǎn)的電磁干擾。長距離配線時，輸人信號線與輸出信號線分別使用各自的線纜。交流信號與直流信號分別使用各自的線纜輸人輸出信號線與高電壓、大電流的動力線分開配線。集成電路或晶體管設備的輸人、輸出信號線，必須使用屏蔽線纜。避免信號線與動力電纜靠近平行敷設，以減少電磁干擾。
　　3.3 I/0模塊的定性分析
　　絕緣的輸入、輸出信號和內(nèi)部問路L匕非
絕緣的抗干擾性能好；雙向晶閘管和晶體管型的無觸點輸出在PLC控制器側(cè)產(chǎn)生的干擾小；輸人模塊允許的輸人信號ON-OFF電壓差大，抗干擾性能好；輸人信號響應時間慢的輸人rl塊抗f擾性能好。因此，從抗干擾的角度考慮，I/0模塊選型時應考慮以下因素:干擾多的場合，使用絕緣型的I/O模塊；安裝在控制對象側(cè)的I/O模塊要使用絕緣型的I/0模塊；無外界干擾的場合，可使用非絕緣型的I/O模塊。
　　3.3.1 防精入信號干擾
　　除采用濾波器和控制器良好接地來抑制干擾外，還可考慮以下抗輸人干擾的措施。在輸入端有感性負荷時，為了防止反沖擊感應電動勢，在負荷兩端并接電阻和電容(為交流輸人信號時)見圖1,或并接續(xù)流二極管(為直流輸人信號)見圖2。交疏輸入方式時，電阻、電容的選擇要恰當，才能起到較好的效果。負荷容量在1OVA以下一般選0。1μF、120Ω；負荷容量超過1OVA則選用0。47μF、47Ω比較合適。如果與輸人信號并接的電感性負荷較大時，使用繼電器中轉(zhuǎn)效果更好。防感應電壓的措施K DA。輸人端并接浪涌吸收器；②在長距離配線和大電流場合，感應電壓大，可用繼電器轉(zhuǎn)換。

　
　　3.3.2 防止輸出信號的干擾
　　輸出信號干擾的產(chǎn)生:感性負荷場合，輸出信號由OFF變成ON時產(chǎn)生突變電流，從ON到OFF時產(chǎn)生反向感應電動勢，所有這些，都可能產(chǎn)生干擾。防止干擾的措施:
　　(1)交流感性負載，在負載的兩端并接R,C作為浪涌吸收器。交流220V電壓功率為400VA左右時R，C的值分別為47Ω,0。47μF,R,C越靠近負載，其抗干擾效果越好，見圖3,
　　(2)直流負載場合，在負載的兩端并接續(xù)流二極管，見圖4,二極管也要靠近負載，二極管的反向耐壓應時負載電壓的4倍。
　　

　　控制器將開關最輸出的場合，不管控制器本身有無抗干擾措施，都最好采取圖3(交流負載)和圖4(直流負載)的抗干擾對策。在開關時產(chǎn)生較大干擾的場合，交流負載可使用雙向晶閘管輸出模塊。在控制盤內(nèi)用中間繼電器進行中間驅(qū)動負載的方法時很有效的。對于電子設備的抗干擾技術，主要原則是抑制于擾源,PLC可編程控制器輸出信號的干擾，可通過良好的接地引人大地，從而減少干擾的影響。