PLC干擾問(wèn)題的研究

1、plc現(xiàn)場(chǎng)干擾問(wèn)題的研究姓名：馮旭東專業(yè):電氣工程自動(dòng)化入職時(shí)間:2007. 7. 22部門(mén)：服務(wù)部摘要2關(guān)鍵詞2、弓i言2二、干擾源2三、干擾試驗(yàn)3四、beckhoff模塊在現(xiàn)場(chǎng)的干擾情況 8五、兆瓦風(fēng)機(jī)plc系統(tǒng)中可能造成干擾的來(lái)源及途徑9六、主要抗干擾措施10七、結(jié)論11八、參考文獻(xiàn)12plc現(xiàn)場(chǎng)干擾問(wèn)題的研究摘要：達(dá)坂城15兆瓦風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)過(guò)beckhoff plc安全鏈模塊kl2904干擾情況，在 一定程度上影響兆瓦風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，并對(duì)風(fēng)機(jī)的正常通訊和就地監(jiān)控造成影響。因此, 對(duì)plc的現(xiàn)場(chǎng)干擾問(wèn)題進(jìn)行研究，并提出捉高抗干擾能力的方法。關(guān)鍵詞：plc、電磁干擾、接地、干擾源、引言pi

2、.c從其產(chǎn)生到現(xiàn)在，實(shí)現(xiàn)了接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍；其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn) 了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到人，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡(jiǎn)單控制到運(yùn)動(dòng) 控制、過(guò)程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。但當(dāng)環(huán)境過(guò)于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈, 或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這 將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作或程序死循環(huán)狀態(tài)，從而不能保證plc的正常運(yùn)行。耍提 高plc控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求plc生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力；另一方面， 要求設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問(wèn)題，有效地增強(qiáng) 系統(tǒng)的抗干擾性能。二、干擾源現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾是plc控

3、制系統(tǒng)屮最常見(jiàn)也是最易影響系統(tǒng)可靠性的因素z-o影響 plc控制系統(tǒng)的干擾源，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，其原因是電流改變產(chǎn) 生磁場(chǎng)，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射；磁場(chǎng)改變產(chǎn)生屯流，電磁高速產(chǎn)生電磁波。通常電磁干 擾按干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾是信號(hào)對(duì)地的電位差，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）電壓疊加所形成。 共模電壓通過(guò)不對(duì)稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測(cè)控信號(hào)，造成元器件損壞，這 種共模干擾可為直流，亦可為交流。差模干擾是指作用于信號(hào)兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場(chǎng)在信號(hào)間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電圧，這種干擾

4、 疊加在信號(hào)上，直接影響測(cè)量與控制精度。三、干擾試驗(yàn)為了測(cè)試plc模塊在現(xiàn)場(chǎng)的抗干擾能力，在北京官?gòu)d現(xiàn)場(chǎng)對(duì)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行干擾試驗(yàn)。 干擾設(shè)備主要是對(duì)講機(jī)，具通訊時(shí)能產(chǎn)生400mhz到460mhz的電磁波，足能夠作為強(qiáng)干 擾源。（一）、23號(hào)風(fēng)機(jī)機(jī)艙kl2904干擾試驗(yàn)首先l2904是4通道安全鏈數(shù)字輸出模塊，它可以關(guān)斷24vdc,最大電流2a的執(zhí) 行機(jī)構(gòu)。kl2904 遵循 1ec 61508 s1l 3, en 954 cat. 4 和 din v 19251 ak 6 標(biāo)準(zhǔn)。 如果安全鏈檢測(cè)到故障，它將自動(dòng)關(guān)斷。如圖3-1所示碧岀12 13105 06 07 08 -輸申3n<-軌岀4

5、i田診斷2輸出3 電源輸入 端子輸出 * a7»a8l rr一輸出2o o p q<bkihoff kl29m主視圖觸點(diǎn)安裝圖連接方式圖圖3-1將風(fēng)機(jī)主控柜、機(jī)艙柜、變槳柜上電并處丁維護(hù)狀態(tài)，建立好通訊，使plc正常運(yùn) 行。然后使用對(duì)講機(jī)靠近機(jī)艙柜kl2904,距離在3cm到4cm左右，打開(kāi)對(duì)講機(jī)進(jìn)行干擾, 在twincat軟件屮的sampling trace屮可以看到干擾現(xiàn)象，如圖4t所示trace| current configurabonvari丁 nggtr.rwrorglobol此時(shí),電機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)受到擾動(dòng),plc發(fā)出main transition service

6、to stop信號(hào),風(fēng)機(jī)進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。并報(bào)出電機(jī)轉(zhuǎn)速故障，如圖4-2所示，藍(lán)色代表信號(hào)動(dòng)作。igenemor.speed.errorl prog: generator.speed.error last change: 02. sept 2006 interval 20msorlerrolgeneratolspeed.mode.standstill-errolgeneratolspeed_artical.speec(leneratolspeed.emergencystopspeecjbb|errolgeneratolspeed_companngberrolgeneratolspeed.servi

7、ce.model|e"lgene olspmed 汕olglob'dr set the error options-erroigene olspeederrolwaminerrolgeneeglspeed-companngertolgenerdglspeede“olstopjnodeormafierrolgeneratolspeedenolstop.mode.emrrolgeneetol$peed erroldutostart-disableg圖4-2并且 plc 程序進(jìn)入 stop>standst訂 1>scrvice周期為20so如圖5-1所示。>sto

8、p的死循環(huán)狀態(tài)。循環(huán)i transition to leave the stop modus, stop -> stillstand圖5-1main transition stop to standstill 信號(hào)main transition standstill to service信號(hào)再到main_transition_scrvicc_to_stop信號(hào)的時(shí)序，如圖5-2所示。| current configurationpigger|.enwrror globaj| majn_tronsftion_standst>ll jo,servic | varii main_tran

9、srton_s©ivice_to_stop 嚴(yán)2i main.trensrtionstop.lo.standstill vor3zvor 4i3idvor6i3二current configuration:this is the cunent trace contiguroton of the project然后 prof i_out_p 1 c_em_stop demand 信號(hào)每 20s 變化一次，從而導(dǎo)致 profibus ok繼電器115k3每20秒閉合一次。此時(shí)，偏航系統(tǒng)使能繼電器114k8、safety system ok to pitch 繼電器 115k3 和 saf

10、ety system ok from pitch 繼電器 115k7 斷開(kāi)，出現(xiàn)安全 鏈故障并且不能復(fù)位。（二）、21號(hào)風(fēng)機(jī)的干擾試驗(yàn)1、干擾機(jī)艙kl2904試驗(yàn)重復(fù)機(jī)艙kl2904干擾試驗(yàn)，其結(jié)果完全一樣。但乂增加兒項(xiàng)被測(cè)數(shù)據(jù)，其干擾現(xiàn)象如圖6-1所示。| current contigurationerroc.error.globdmar.transibcxi_servicejo.stopvar!i accelerauon_nacelle_x二|var2i acceleration.nacelle.y二|var3i generator_speed_momentary創(chuàng)var4i oversp

11、eed.modul.generatocspeedver5i ovefspeed.modulgeneratolspeed.var6|yawj)ositon| yow.speed創(chuàng)cunent configurationthis is the current trace configuration of the protecttrigger圖6-12、干擾機(jī)艙kl3404、kl3204試驗(yàn)kl3204是4通道模擬量輸入端子（模塊）,如圖6-2所示 r2-r22找務(wù)圖6-2kl3204模擬量輸入端子可直接連接電阻型傳感器?？偩€端子電路可使用2線制連接技術(shù)連接傳感器。整個(gè)溫度范用的線性度由一個(gè)微處理器

12、來(lái)實(shí)現(xiàn)。溫度范i韋i可以任意 選定?？偩€端子的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為：pt100傳感器，分辨率為0. 1°c。故障led顯示傳感 器故障（例如斷線）。kl3204含4個(gè)通道。kl3404是4通道模擬量輸入端子（模塊）,如圖7-1所示fifj led1 運(yùn)行l(wèi)ed1運(yùn)行l(wèi)ed2運(yùn)行l(wèi)ed4輯入1 _gnd備入3 _ 電涯筑點(diǎn)gnd圖7-1kl3404模擬量輸入端子可處理-10v和+10 v范圍的信號(hào)。分辨率為12位, 在電隔離的狀態(tài)下被傳送到上一級(jí)自動(dòng)化設(shè)備。在kl3404總線端子屮，有4個(gè)輸入 端為2線制型，并有一個(gè)公共的接地電位端。輸入端的內(nèi)部接地為基準(zhǔn)電位。運(yùn)行l(wèi)ed 顯示端子與總線耦合器之

13、間的數(shù)據(jù)交換。用對(duì)講機(jī)接近kl3404、kl3204時(shí)，模擬量出現(xiàn)異常。如表7-1所示x向加速度-1.23風(fēng)速-3. 8m/s （實(shí)際 15m/s）y向加速度0. 46風(fēng)向-97° （實(shí)際 160° ）偏航位置-619.6° （實(shí)際-60° ）gspeed電機(jī)轉(zhuǎn)速-12.4 rpmovcrspccdl 轉(zhuǎn) 速10.1 rpm0verspecd2 轉(zhuǎn)速0.2 rpm電機(jī)繞組溫度5. 6°c;-3276. 7°c;-3276. 7°c;-3276. 7°c;-3276.7°c;7. 1°c表7-1英

14、被測(cè)數(shù)據(jù)干擾波形如圖8-1所示圖8-1troce| current configurmont| emxenor.globajj| mwntransrtionseace.to.stopftvar2| acceleration_nacelte_yver 3|.ggngrator_spggd_mom©ntafy|j overspeed_modulgenerator_speed.jji overspeed_modulgeneraitor_speed.jj6i yow_positon| yow.speed3cunont conhgurotonthis is t>e cunent troc

15、e configuration of the protect這時(shí)風(fēng)機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)，profibus ok繼電器115k2處于斷開(kāi)狀態(tài)。3、干擾塔底kl2904試驗(yàn)對(duì)塔底安全鏈模塊kl2904進(jìn)行干擾，其閃一下紅燈后,kl6904右邊第三個(gè)燈紅色慢 閃6次，接著快閃。115k2、115k7常閉，114k8、115k3常開(kāi)。通過(guò)以上的試驗(yàn)可以看出，對(duì)講機(jī)電磁波對(duì)plc安全鏈、模擬量輸入產(chǎn)生很大的干 擾，進(jìn)一步導(dǎo)致plc無(wú)法正常運(yùn)行。四、beckhoff模塊在現(xiàn)場(chǎng)的干擾情況在達(dá)坂城現(xiàn)場(chǎng)4號(hào)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)過(guò)beckhoff安全鏈模塊kl2904因電機(jī)側(cè)主控開(kāi)關(guān)瞬間 閉合造成的干擾。其現(xiàn)象是kl2904的7信

16、號(hào)燈閃紅光，3信號(hào)燈快慢交替閃光。-120008rockhotf k12904:a a »»©a1aia1ai4x0ig<ral output safety表示慢閃衣示慢閃lsdlzj10:24safety system ok to pitch 繼電器 ll5k3 safety system ok from pitch 繼電器 il5k7 斷開(kāi)。profbus ok繼電器20秒閉合一次，導(dǎo)致安全鏈不能正常工作。5號(hào)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)的故障現(xiàn)象是監(jiān)控軟件無(wú)法聯(lián)機(jī)，機(jī)艙控制柜四盞狀態(tài)燈都不亮，檢查 lvd的plc模塊，所有數(shù)字量輸出模塊kl2134的信號(hào)燈都不亮。再檢查主

17、控柜的所有 安全鏈模塊都正常。然后檢查topbox的kl2904的狀況是3信號(hào)燈慢閃1次，7信號(hào)燈 慢閃2次，115k3繼電器沒(méi)有工作。115k2繼電器20秒閉合一次。并且3號(hào)機(jī)也出現(xiàn)過(guò) 類(lèi)似5號(hào)機(jī)的現(xiàn)象。需要說(shuō)明這些模塊故障的原因不是通訊設(shè)備造成的干擾，有待于進(jìn) 一步關(guān)注和分析。五、mw風(fēng)機(jī)plc系統(tǒng)中可能造成干擾的來(lái)源及途徑（一）、強(qiáng)電干擾風(fēng)機(jī)plc系統(tǒng)的正常供電電源由發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)供電。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。主控開(kāi)關(guān)操作浪涌、人型電力設(shè)備起停、交流傳 動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等都會(huì)造成干擾。（二）、柜內(nèi)t擾控制柜內(nèi)的高壓電器，大的電感性負(fù)載

18、，混亂的布線都容易對(duì)plc造成一定程度的 干擾。（三）、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t擾信號(hào)侵入。此干擾主要有信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的t擾，即信號(hào)線上的外部 感應(yīng)干擾，尤其是通訊設(shè)施的使用。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起1/0信號(hào)工作異常和測(cè)量精 度大大降低，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。（四）、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（emc）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制 電磁干擾的影響，乂能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯(cuò)誤的接地，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾 信號(hào)，使plc系統(tǒng)將無(wú)法正常t作。（五）、來(lái)口 plc系統(tǒng)內(nèi)部的干擾

19、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互影響及元器件間的和互不i兀配使用等。（六）、變頻器干擾一是變頻器啟動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程屮產(chǎn)生諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)t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，影響周邊設(shè)備的正常工作。六、主要抗干擾措施（一）、動(dòng)力線、控制線以及plc的電源線和i/o線應(yīng)分別配線將plc的i/o線和人功率線分開(kāi)走線，如必須在同一線槽內(nèi)，分開(kāi)捆扎交流線、 直流線，若條件允許，分槽走線最好，這不僅能使具有盡可能大的空間距離，并能將干 擾降到最低限度。（二）、plc應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源

20、如大功率硅整流裝置和人型動(dòng)力設(shè)備。不能與高壓電器安裝在同一個(gè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)。在柜內(nèi)plc應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線（二者z間距離 應(yīng)人于200mm）o與plc裝在同一個(gè)柜子內(nèi)的電感性負(fù)載，如功率較人的繼電器、接觸器 的線圈，應(yīng)并聯(lián)rc消弧電路。（三）plc的輸入與輸出最好分開(kāi)走線，開(kāi)關(guān)量與模擬量也要分開(kāi)敷設(shè)模擬量信號(hào)的傳送應(yīng)采用屏蔽線，屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地，接地電阻應(yīng)小于屏蔽 層電阻的1/10（四）、i/o端的接線1、輸入接線一般不要太長(zhǎng)。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時(shí)，輸入接線可適 當(dāng)長(zhǎng)些。2、由于plc的輸出元件被封裝在卬制電路板上，并且連接至端子板，若將連接輸 出元件的負(fù)載短路，將燒毀印制電路板。3、采

21、用繼電器輸出時(shí)，所承受的電感性負(fù)載的大小，會(huì)影響到繼電器的使用壽命, 因此，使用電感性負(fù)載時(shí)應(yīng)合理選擇，或加隔離繼電器。4、plc的輸出負(fù)載可能產(chǎn)生干擾，因此要采取措施加以控制，如直流輸出的續(xù)流管 保護(hù)，交流輸出的阻容吸收電路，晶體管及雙向晶閘管輸出的旁路電阻保護(hù)。（五）、正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)良好的接地是保證plc可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是plc 控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。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。接地系統(tǒng)混亂對(duì)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。例如電纜屏蔽層必須一 點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端a、b都接地，就存在地電位差，有電流流過(guò)屏蔽層，當(dāng) 發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí)，地線電流將更人。此外，屏蔽層、接地線和人地有可能構(gòu)成閉 合環(huán)路，在變化磁場(chǎng)的作用下，屏蔽層內(nèi)又會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過(guò)屏蔽層與芯線之間的 耦合，干擾信號(hào)回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(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。plc工作的邏輯電壓 干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響plc的邏輯運(yùn)算和數(shù)