PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施

PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施0前言plc（可編程控制器）是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動化控制的設(shè)備，生產(chǎn)廠家在設(shè)計和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，所以具有較強的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運行穩(wěn)定性和較高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。但是由于它直接和現(xiàn)場的i/o設(shè)備相連，外來干擾很容易通過電源線或i/o傳輸線侵入，從而引起控制系統(tǒng)的誤動作。尤其是當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或者安裝使用不當(dāng)，都不能保證plc的正常運行。所以要提高plc控制系統(tǒng)的可靠性，就要從多方面提高系統(tǒng)的抗干擾能力。1干擾源及其分類影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源與影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源相同。它們大多產(chǎn)生于電流或電壓變化劇烈的部位。電荷劇烈運動的部分是噪聲源，即干擾源。干擾類型通常按噪聲產(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。根據(jù)產(chǎn)生噪聲的原因不同，可分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等。根據(jù)噪聲波形和特性的不同，可分為連續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等。根據(jù)噪聲干擾模式的不同，將其分為共模干擾和差模干擾。（1） 共模干擾是信號對地的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應(yīng)的共態(tài)（同方向）電壓迭加所形成。共模電壓通過不對稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞（這就是一些系統(tǒng)i/o模件損壞率較高的主要原因），這種共模干擾可為直流，亦可為交流。（2） 差模干擾是指作用在信號兩極之間的干擾電壓，主要由信號之間空間電磁場的耦合感應(yīng)和不平衡電路對共模干擾的轉(zhuǎn)換而形成。這種干擾疊加在信號上，直接影響測量和控制精度。PLC控制系統(tǒng)中的主要干擾源1、 來自空間的輻射干擾?？臻g的輻射電磁場（emi），主要由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生，通常稱為輻射干擾，其分布極為復(fù)雜。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(yīng)產(chǎn)生干擾；二是對plc通信網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路的感應(yīng)引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場大小特別是頻率有關(guān)。2、 電源干擾。有許多PLC控制系統(tǒng)故障是由電源引入的干擾引起的。該問題可以通過更換隔離性能良好的PLC電源來解決。PLC系統(tǒng)的正常電源由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，將受到所有空間電磁干擾，并在線路上感應(yīng)電壓和電流。特別是，電網(wǎng)內(nèi)的變化，如開關(guān)浪涌、大型電力設(shè)備的啟動和停止、交流和直流驅(qū)動引起的諧波、電網(wǎng)短路瞬態(tài)沖擊等，通過傳輸線傳輸?shù)诫娫吹脑紓?cè)。3、 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外，總會有外部干擾信號侵入。這種干擾主要有兩種方式：一種是通過發(fā)射機的電源或常用信號儀器的電源串聯(lián)的電網(wǎng)干擾，這種干擾往往被忽略；其次，信號線受到空間電磁輻射的感應(yīng)干擾，即信號線上的外部感應(yīng)干擾，非常嚴(yán)重。信號引入的干擾會導(dǎo)致I/O信號異常工作，大大降低測量精度，嚴(yán)重時會導(dǎo)致部件損壞。對于隔離性能差的系統(tǒng)，也會造成信號之間的相互干擾，導(dǎo)致公共接地系統(tǒng)總線回流，并導(dǎo)致邏輯數(shù)據(jù)變化、誤操作和崩潰。PLC控制系統(tǒng)的I/O模塊因信號干擾而嚴(yán)重?fù)p壞，系統(tǒng)故障較多。4、 來自接地系統(tǒng)混亂的干擾。plc控制系統(tǒng)正確的接地，是為了抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，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、交流地和保護地等。這樣會引起各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，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，有電流流過屏蔽層，當(dāng)發(fā)生異常情況時，地線電流將更大。屏蔽層、接地線和接地也可形成閉合回路。在磁場變化的作用下，屏蔽層中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合干擾信號回路。如果系統(tǒng)接地和其他接地處理混淆，產(chǎn)生的接地循環(huán)可能會在地線上產(chǎn)生電位分布，影響PLC中邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC的邏輯電壓干擾容限低，邏輯地電位分布干擾容易影響PLC的邏輯操作和數(shù)據(jù)存儲，導(dǎo)致數(shù)據(jù)混亂、程序飛散或崩潰。模擬地電位的分布會導(dǎo)致測量精度下降、信號測控失真和誤操作。5、 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互影響及元器件間的相互不匹配使用等。要選擇具有較多應(yīng)用實績或經(jīng)過考驗的系統(tǒng)。3抗干擾措施3.1硬件抗干擾措施3.1.1plc控制系統(tǒng)的工作環(huán)境溫度：PLC要求環(huán)境溫度為0~55°C。安裝時不應(yīng)放在發(fā)熱量大的元件附近，周圍的通風(fēng)散熱空間應(yīng)足夠大；雙排安裝時，基本單元和擴展單元之間的距離應(yīng)大于30mm；開關(guān)柜的上部和下部應(yīng)配備通風(fēng)百葉窗，以防止陽光直射。如果環(huán)境溫度超過55C，嘗試強制冷卻。2、 濕度：一般應(yīng)小于85%，以保證plc有良好的絕緣。振動：使PLC遠離強振動源。防止頻繁或持續(xù)振動，振動頻率為10~55KHz。當(dāng)在使用環(huán)境中振動不可避免時，必須采取減震措施。4、 空氣：避免有腐蝕和易燃?xì)怏w，例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將plc安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中，并安裝空氣凈化裝置。電源：PLC采用單相工頻交流電源供電時，對電壓要求不嚴(yán)格，電源抗干擾能力強。對于可靠性要求高或干擾強的環(huán)境，可采用帶屏蔽層的隔離變壓器來減少電源干擾。LC濾波電路也可以在電源輸入端串聯(lián)。如圖1所示，當(dāng)輸入端使用外部直流電源時，應(yīng)選擇直流穩(wěn)壓電源。采用普通整流濾波電源，由于紋波的影響，PLC很容易接收到錯誤信息。3.1.2安裝與布線電源線、控制線、PLC電源線和I/O線應(yīng)分開接線，隔離變壓器與PLC和I/O之間的應(yīng)用應(yīng)通過雙絞線連接。plc應(yīng)遠離強干擾源如電焊機、大功率硅整流裝置和大型動力設(shè)備，不能與高壓電器安裝在同一個開關(guān)柜內(nèi)。PLC的輸入和輸出應(yīng)分開接線，開關(guān)量和模擬信號線也應(yīng)分開敷設(shè)。模擬信號的傳輸采用屏蔽線。屏蔽層的一端或兩端應(yīng)接地，接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10。plc基本單元與擴展單元以及功能模塊的連接線纜應(yīng)用單獨敷設(shè)，以防外界信號干擾。交流輸出線和直流輸出線不要使用同一根電纜。輸出線應(yīng)盡可能遠離高壓線和電源線。3.1.3輸入/輸出端子的接線1、 輸入接線（1） 一般情況下，輸入接線不應(yīng)超過30m，但如果環(huán)境干擾小，電壓降小，輸入接線可以適當(dāng)加長。（2） 輸入/輸出線不能用同一根電纜，輸入/輸出線要分開。（3） 常開觸點應(yīng)盡可能連接到輸入端，使梯形圖與繼電器原理圖一致，易于閱讀。2、 輸出接線（1） 輸出端接線分為獨立輸出和公共輸出。在不同的組中，可以使用不同類型和電壓等級的輸出電壓，但同一組中的輸出只能用于相同類型和電壓等級的電源。（2） 由于plc的輸出元件被封裝在印制電路板上，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，因此，應(yīng)用熔絲保護輸出元件。（3） 使用繼電器輸出時，感性負(fù)載的大小會影響繼電器的工作壽命。因此，在使用感性負(fù)載時，應(yīng)選擇使用壽命較長的繼電器。（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°3.1.4plc的接地良好的接地是保證PLC可靠性的重要條件，可以避免意外電壓沖擊的危害。PLC的接地線與設(shè)備的接地端子相連。接地線的截面積不應(yīng)小于2mm2，接地電阻應(yīng)小于100Q；如果機組要擴建，其接地點應(yīng)與基本機組的接地點連接。為有效抑制對電源、輸入輸出端子的干擾，PLC應(yīng)連接專用地線，接地點應(yīng)與電源設(shè)備的接地點分開；如果無法滿足該要求，則還必須與其他設(shè)備共同接地。接地點應(yīng)盡可能靠近PLC。PLC嚴(yán)禁與其他設(shè)備串聯(lián)接地。3.2軟件抗干擾措施硬件抗干擾措施的目的是盡可能地切斷干擾進入控制系統(tǒng)，但由于干擾存在的隨機性，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下，硬件抗干擾措施并不能將各種干擾完全拒此時，軟件的靈活性可以與硬件措施相結(jié)合，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。1、利用“看門狗”方法對系統(tǒng)的運動狀態(tài)進行監(jiān)控PLC中有豐富的軟部件，如定時器、計數(shù)器和輔助繼電器。用它們來設(shè)計一些程序，可以屏蔽輸入元件的錯誤信號，防止輸出元件的錯誤動作。在設(shè)計應(yīng)用程序時，可以使用“看門狗”方法來監(jiān)控系統(tǒng)每個組件的運行狀態(tài)。如果移動部件由PLC控制，則可在編程期間將計時器定義為看門狗，以監(jiān)控移動部件的工作狀態(tài)。定時器的設(shè)定值是運動部件所需的最大可能時間。發(fā)出此部件的動作命令時，同時啟動\watchdog\timer。如果運動部件在規(guī)定時間內(nèi)到達規(guī)定位置，則發(fā)送動作完成信號，重置定時器，表明監(jiān)控對象工作正常；否則表示監(jiān)控對象工作不正常，并發(fā)出報警或停止工作信號。2.去盎司在振動環(huán)境中，行程開關(guān)或按鈕常常會因為抖動而發(fā)出誤信號，一般的抖動時間都比較短，針對抖動時間短的特點，可用plc內(nèi)部計時器經(jīng)過一定時間的延時，得到消除抖動后的可靠有效信號，從而達到抗干擾的目的。3、用軟件數(shù)字濾波的方法提高輸入信號的信噪比為了提高輸入信號的信噪比，常用軟件數(shù)字濾波來提高有用信號的真實性。對于具有大規(guī)模隨機干擾的系統(tǒng)，采用程序限幅法，即連續(xù)采集五個樣本。如果一個樣本的振幅遠遠大于其他幾個樣本的振幅，則丟棄該樣本。對于流量、壓力、液位、排量等參數(shù)在一定范圍內(nèi)經(jīng)常波動的情況，采用算術(shù)平均法。也就是說，使用n個樣本的平均值替換當(dāng)前值。一般認(rèn)為，流量n=12和