PLC作為工業(yè)生產(chǎn)的控制裝置已經(jīng)很普遍了,因?yàn)樗哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn),比如維護(hù)方便、編程簡單、體積小、可靠性高于繼電器系統(tǒng)、通用性強(qiáng)等等。就是因?yàn)橛羞@些優(yōu)點(diǎn),他才能廣泛應(yīng)用在工業(yè)中。PLC控制系統(tǒng)的抗干擾性設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,涉及到具體的輸入輸出設(shè)備和工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境,在設(shè)計(jì)抗干擾系統(tǒng)時(shí)要求要綜合考慮各方面的因素。
PLC由于具有功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡介,維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),特別是高可靠性、較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力,已被廣泛應(yīng)用于自來水行業(yè)。但由于現(xiàn)場環(huán)境條件惡劣、濕度高、以及各種工業(yè)電磁、輻射干擾等,會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作,因此必須重視工程的抗干擾設(shè)計(jì)。
水廠應(yīng)用中的PLC所受的干擾源主要有電源系統(tǒng)引入的干擾、接地系統(tǒng)引入的干擾和輸入輸出電路引入的干擾三類。如果PLC的干擾問題解決得不好,系統(tǒng)將無法可靠運(yùn)行,將會(huì)影響到正常供水。因此,有必要對PLC應(yīng)用系統(tǒng)中的干擾問題進(jìn)行探討。主要本文分別討論P(yáng)LC的三種抗干擾技術(shù)。
抗干擾的技術(shù)對策分析
為防止干擾,可采用硬件和軟件的抗干擾措施,其中,硬件抗干擾是最基本和最重要的抗干擾措施,一般從抗和防兩方面入手來抑制和消除干擾源,切斷干擾對系統(tǒng)的耦合通道,降低系統(tǒng)對干擾信號(hào)的敏感性。
電源系統(tǒng)引入的干擾
電網(wǎng)的干擾,頻率的波動(dòng),將直接影響到PLC系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。如何抑制電源系統(tǒng)的干擾是提高PLC的抗干擾性能的主要環(huán)節(jié)。
?。?) 加裝濾波、隔離、屏蔽、開關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)。
設(shè)置濾波器的作用是為了抑制干擾信號(hào)從電源線傳導(dǎo)到系統(tǒng)中,使用隔離變壓器,必須注意:屏蔽層要良好接地;次級(jí)連接線要使用雙繞線(減少電線間的干擾),隔離變壓器的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組應(yīng)分別加屏蔽層,初級(jí)的屏蔽層接交流電網(wǎng)的零線;次級(jí)的屏蔽層和初級(jí)間屏蔽層接直流端。
為了抑制電網(wǎng)大容量設(shè)備起停(如送水泵等)引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng),保持供電電壓的穩(wěn)壓,可采用開頭穩(wěn)壓電源。
?。?) 分離供電系統(tǒng)
PLC的控制器與I/O系統(tǒng)分別由各自的隔離變壓器供電,并與主電源分開,這樣當(dāng)輸入輸出供電斷電時(shí),不會(huì)影響到控制器的供電。如圖1所示。
圖1 分離供電系統(tǒng)圖
抑制接地系統(tǒng)引入的干擾
PLC系統(tǒng)分為邏輯電路接地和功率電路接地,有共地、浮地及機(jī)殼共地和電路浮地等三種方式。一般采用控制器與其它設(shè)備分別接地方式最好,接地時(shí)注意:接地線盡量粗,一般大于2mm2的線接地;接地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近控制器,接地點(diǎn)與控制器之間的距離不大于50m;接地線應(yīng)盡量避開強(qiáng)電回路和主回路的電線,不能避開時(shí),應(yīng)垂直相交,應(yīng)盡量縮短平行走線的長度。
實(shí)踐證明,接地往往是抑制噪聲和防止干擾的重要手段,良好的接地方式可在很大程度上抑制內(nèi)部噪聲的耦合,防止外部干擾的侵入,提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
抑制輸入輸出電路引入的干擾
為了實(shí)現(xiàn)輸入輸出電路上的完全隔離,近年來在控制系統(tǒng)中光電耦合得到廣泛應(yīng)用,已成為防止干擾的最有效措施之一。光電耦合器具有以下特點(diǎn):首先,由于是密封在一個(gè)管殼內(nèi),不會(huì)受到外界光的干擾;其次,由于靠光傳送信號(hào),切斷了各部件電路之間地線的聯(lián)系;第三,發(fā)光二極管動(dòng)態(tài)電阻非常小,而干擾源的內(nèi)阻一般很大,能夠傳送到光電耦合器輸入輸出的干擾信號(hào)就變得很小;第四,光電耦合器的傳輸比和晶體管的放大倍數(shù)相比,一般很小,遠(yuǎn)不如晶體管對干擾信號(hào)那么靈敏,而光電耦合器的發(fā)光二極管只有在通過一定的電流時(shí)才能發(fā)光。因此,即使是在干擾電壓幅值較高的情況下,由于沒有足夠的能量,仍不能使發(fā)光二極管發(fā)光,從而可以有效地抑制掉干擾信號(hào)。由于光電耦合器的線性區(qū)一般只能在某一特定的范圍內(nèi),因此,應(yīng)保證被傳信號(hào)的變化范圍始終在線性區(qū)內(nèi)。為了保證線性耦合,既要嚴(yán)格挑選光電耦合器,又要采取相應(yīng)的非線性較正措施,否則將產(chǎn)生較大的誤差。
?。?) 光電耦合輸入電路如圖2所示。其中圖2(a)、圖2(b)用的較多,高電平時(shí)接成形式,低電平輸入時(shí)接成形式。圖2(c)為差動(dòng)型接法,它具有兩個(gè)約束條件,對于防止干擾有明顯的優(yōu)越性,適用于外部干擾嚴(yán)重的環(huán)境,當(dāng)外部設(shè)備電流較大時(shí),其傳輸距離可達(dá)100~200m,圖2(d)考慮到COMS電路的輸出驅(qū)動(dòng)電流較小,不能直接帶動(dòng)發(fā)光二極管,所以加接一級(jí)晶體管作為功率放大,需要注意的是圖中發(fā)光二極管和光敏三極管應(yīng)分別由兩個(gè)電源供電,電阻值視電壓高低選取。
圖2 光電耦合輸入電路
?。?) 光電耦合輸出電路如圖3所示。為了得到和輸入同相的信號(hào),可以采用圖3(a)形式。若要求輸出和輸入反相,可以接成圖3(b)形式。當(dāng)輸出電路所驅(qū)動(dòng)的元件較多時(shí),可以加接一級(jí)晶體管作為驅(qū)動(dòng)功率放大,其接法如圖3(c)所示。有時(shí)為了獲得更好的輸出波形,輸出信號(hào)可經(jīng)施密特電路整形。
圖3 光電耦合輸出電路
以上兩點(diǎn)是對開關(guān)量輸入輸出信號(hào)的處理方法,而對模擬輸入輸出信號(hào),為了消除工業(yè)現(xiàn)場瞬時(shí)干擾對它的影響,除加A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路和光電耦合外,可根據(jù)需要采取軟件的數(shù)字濾波技術(shù)如中值法、一階遞推數(shù)字濾波法等算法。