PLC控制系統(tǒng)的抗干擾問(wèn)題

摘要：作者根據(jù)這幾年來(lái)的設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)經(jīng)臉提出了PLC在應(yīng)用中必須提高系統(tǒng)的綠合杭干撫能力及應(yīng)注意的問(wèn)題。

　　1 電磁干擾源及對(duì)系統(tǒng)地干擾
　　1.1 干擾源及干擾的一般分類(lèi)
　　影響PLC控制系統(tǒng)地干擾源與一般影響工業(yè)控制設(shè)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(dòng)的部位就是噪聲源，即干擾源。干擾類(lèi)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(lèi)方法。共模干擾是信號(hào)對(duì)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(hào)線上感應(yīng)的共態(tài)(同方向)電壓跌加所形成。共模電壓有時(shí)較大，特別是采用隔離性能差的配電器供電時(shí)，變送器輸出信號(hào)的共模電壓普遍較高
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，有的可高達(dá)130 V以上。共模電抓通過(guò)不對(duì)稱(chēng)電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，直接影響測(cè)控信號(hào)，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(hào)兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場(chǎng)在信號(hào)間藕合感應(yīng)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(hào)上，直接
影響測(cè)量與控制精度。
　　1.2 PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來(lái)源
　　1.2.1 來(lái)自空間的輻升干擾
　　空間的輻射電磁場(chǎng)主要由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過(guò)程、雷電、無(wú)線電廣播、電視、雷達(dá)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的，通常成為輻射干擾，其分布極為復(fù)雜。若PLC系統(tǒng)置于所射頻場(chǎng)內(nèi)，就回收到輻射于擾，其影響主要通過(guò)兩條路徑:一是直接對(duì)PLC內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；二是對(duì)PLC通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路的感應(yīng)引人干擾。輻射于擾與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)大小，特別是頻率有關(guān)，一般通過(guò)設(shè)置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護(hù)。
　　1.2.2 來(lái)自系統(tǒng)外引線的干擾
　　(1)來(lái)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(yīng)電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，開(kāi)關(guān)操作浪涌，大型電力設(shè)備起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路狀態(tài)沖擊等，都通過(guò)輸電線路傳到電源里邊。PLC電源通常采用隔離電源。但其機(jī)構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性能并不理想。實(shí)際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，絕對(duì)隔離是不可能的。
　　(2)來(lái)自信號(hào)線引入的干擾。與PLC控制系統(tǒng)連接的各類(lèi)信號(hào)傳輸線，除了傳輸有效的各類(lèi)信息之外，總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵人。此于擾主要有兩種途徑:一是通過(guò)變送器供電電源或共用信號(hào)儀表的供電電源串人的電網(wǎng)干擾，往往被忽視；二是信號(hào)線受到空間電磁輻射感應(yīng)的干擾即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾，這是很?chē)?yán)重的。山信號(hào)引人干擾會(huì)引起UO信號(hào)工作異常和測(cè)量精度的大大降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起元器件損傷。對(duì)于隔離性能較差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號(hào)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(dòng)作和死機(jī)。
　　(3)來(lái)自接地系統(tǒng)混亂時(shí)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，既能抑制電磁千擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾而錯(cuò)誤的接地，反而會(huì)引起嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使系統(tǒng)無(wú)法正常工作。
　　1.2.3 來(lái)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(duì)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(duì)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)的內(nèi)容，比較復(fù)雜，應(yīng)用部門(mén)無(wú)法改變，但要選擇具有較多應(yīng)用實(shí)績(jī)或紀(jì)呂丈考驗(yàn)的模塊。
　　2 PLC控制系統(tǒng)工程應(yīng)用的抗干擾設(shè)計(jì)
　　2.1 設(shè)備選型
　　在選擇設(shè)備時(shí)，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(shù)籠隔離性能如的PLC系統(tǒng):其次還應(yīng)了解生產(chǎn)廠商給出的抗干擾指標(biāo)，如共模擬制比、差模擬制比，耐壓能力，允許在多大電場(chǎng)強(qiáng)度和多高頻率的磁場(chǎng)強(qiáng)度環(huán)境中工作；另外是靠考察其在類(lèi)似工作中的應(yīng)用實(shí)績(jī)。在選擇國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品要注意:我國(guó)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(guó)電網(wǎng)內(nèi)阻大，零點(diǎn)電位漂移大，地電位變化大，工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾至少要比歐美地區(qū)高4倍以上，對(duì)系統(tǒng)抗十?dāng)_性能要求更高，在國(guó)外能正常工作的PLC產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)不一定能可靠運(yùn)行，這就要在采用國(guó)外產(chǎn)品時(shí)，按我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)合理選擇。
　　2.2綜合抗干擾設(shè)計(jì)
　　主要考慮來(lái)自系統(tǒng)外部的兒種抑制措施。主要內(nèi)容包括:對(duì)PLC系統(tǒng)及外引線進(jìn)行評(píng)比以防空間輻射電磁干擾；對(duì)外弓}線進(jìn)行隔離、濾波，特別是動(dòng)力電纜，分層布置，以防通過(guò)外引線引人傳導(dǎo)電磁干擾；正確設(shè)計(jì)接地點(diǎn)和接地裝置，完善接地系統(tǒng)。另外還必須利用軟件手段，進(jìn)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(guò)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(jìn)人的。對(duì)于變送器和共用信號(hào)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(shù))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(qiáng)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(shè)
　　為了減少動(dòng)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(dòng)力電纜生產(chǎn)的電磁干擾。長(zhǎng)距離配線時(shí)，輸人信號(hào)線與輸出信號(hào)線分別使用各自的線纜。交流信號(hào)與直流信號(hào)分別使用各自的線纜輸人輸出信號(hào)線與高電壓、大電流的動(dòng)力線分開(kāi)配線。集成電路或晶體管設(shè)備的輸人、輸出信號(hào)線，必須使用屏蔽線纜。避免信號(hào)線與動(dòng)力電纜靠近平行敷設(shè)，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(hào)和內(nèi)部問(wèn)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(wú)觸點(diǎn)輸出在PLC控制器側(cè)產(chǎn)生的干擾??；輸人模塊允許的輸人信號(hào)ON-OFF電壓差大，抗干擾性能好；輸人信號(hào)響應(yīng)時(shí)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(shí)應(yīng)考慮以下因素:干擾多的場(chǎng)合，使用絕緣型的I/O模塊；安裝在控制對(duì)象側(cè)的I/O模塊要使用絕緣型的I/0模塊；無(wú)外界干擾的場(chǎng)合，可使用非絕緣型的I/O模塊。
　　3.3.1 防精入信號(hào)干擾
　　除采用濾波器和控制器良好接地來(lái)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(fù)荷時(shí)，為了防止反沖擊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在負(fù)荷兩端并接電阻和電容(為交流輸人信號(hào)時(shí))見(jiàn)圖1,或并接續(xù)流二極管(為直流輸人信號(hào))見(jiàn)圖2。交疏輸入方式時(shí)，電阻、電容的選擇要恰當(dāng)，才能起到較好的效果。負(fù)荷容量在1OVA以下一般選0。1μF、120Ω；負(fù)荷容量超過(guò)1OVA則選用0。47μF、47Ω比較合適。如果與輸人信號(hào)并接的電感性負(fù)荷較大時(shí)，使用繼電器中轉(zhuǎn)效果更好。防感應(yīng)電壓的措施K DA。輸人端并接浪涌吸收器；②在長(zhǎng)距離配線和大電流場(chǎng)合，感應(yīng)電壓大，可用繼電器轉(zhuǎn)換。

　
　　3.3.2 防止輸出信號(hào)的干擾
　　輸出信號(hào)干擾的產(chǎn)生:感性負(fù)荷場(chǎng)合，輸出信號(hào)由OFF變成ON時(shí)產(chǎn)生突變電流，從ON到OFF時(shí)產(chǎn)生反向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，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(fù)載，在負(fù)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(shí)R，C的值分別為47Ω,0。47μF,R,C越靠近負(fù)載，其抗干擾效果越好，見(jiàn)圖3,
　　(2)直流負(fù)載場(chǎng)合，在負(fù)載的兩端并接續(xù)流二極管，見(jiàn)圖4,二極管也要靠近負(fù)載，二極管的反向耐壓應(yīng)時(shí)負(fù)載電壓的4倍。
　　

　　控制器將開(kāi)關(guān)最輸出的場(chǎng)合，不管控制器本身有無(wú)抗干擾措施，都最好采取圖3(交流負(fù)載)和圖4(直流負(fù)載)的抗干擾對(duì)策。在開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生較大干擾的場(chǎng)合，交流負(fù)載可使用雙向晶閘管輸出模塊。在控制盤(pán)內(nèi)用中間繼電器進(jìn)行中間驅(qū)動(dòng)負(fù)載的方法時(shí)很有效的。對(duì)于電子設(shè)備的抗干擾技術(shù)，主要原則是抑制于擾源,PLC可編程控制器輸出信號(hào)的干擾，可通過(guò)良好的接地引人大地，從而減少干擾的影響。