论PLC干扰及抗干扰措施
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关键词:PLC;抗干扰;措施
中图分类号:TP
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2010)09-0329-02
1 引言
PLC(可编程序控制器)是以微处理器为核心,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用工业自动控制装置。具有控制功能强,可靠性高,使用灵活方便,易于扩展等优点而应用越来越广泛。在冶金、交通、化工、电力等领域获得了广泛的应用,被成为现代工业技术的三大支柱之一。
各制造厂采取了许多措施,使得PLC拥有很高的的可靠性,但还有许多外部因素也会使它产生干扰,造成程序误变或运算错误,从而产生误输入井引起误输出,这将会造成设备的失控和误动作。要提高PLC控制系统可靠性,一方面要求PLC生产厂家用提高设备的抗干扰能力;另一方面,要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视,多方配合才能完善解决问题,有效地增强系统的抗干扰性能。随着PLC应用的日渐广泛,其抗干扰问题也显得日益重要。本文就此问题提出一些抗干扰的措施。
2 PLC系统中干扰的主要来源及途径
2.1 电源的干扰
PLC系统控制的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广,它将受到所有空间电磁干扰,空间的辐射电磁场(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达等产生的,通常称为辐射干扰,若PLC系统置于所射频场内,就会收到辐射干扰,而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化,刀开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等,都通过输电线路传到电源原边。可能造成程序错误或运算错误,从而产生误输入并引起误输出,这将会造成设备的失控和误动作,从而不能保证PLC的正常运行。
2.2 信号线引入的干扰
与PLC控制系统连接的各类信号传输线,除了传输有效的各类信号之外,总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径:一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰,由此引起系统故障的情况也很多。
2.3 接地系统的干扰
接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地,既能抑制电磁干扰的影响,又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地,反而会引入严重的干扰信号,使PLC系统将无法正常工作。
2.4 变频器干扰
一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰,引起电网电压畸变,影响电网的供电质量;二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰,影响周边设备的正常工作。
3 抗干扰设计与措施
3.1 选择抗干扰性能好的设备
选择设备时,首先要选择有较高抗干扰能力的产品,包括电磁兼容性(EMC),尤其是选择抗外部干扰能力强的产品,如采用浮地技术、隔离性能好的PLC系统;其次还应了解生产厂给出的抗干扰指标,如共模拟制比、差模拟制比、耐压能力、允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作;另外还要调查其在类似工作中的应用实绩。在选择国外进口产品时要注意电网制式。由于我国电网内阻大,零点电位漂移大,地电位变化大,工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上,对系统抗干扰性能要求更高。因此在采用国外产品时,需按我国的标准(GB/T13926)合理选择。
3.2 综合抗干扰设计
主要考虑来自系统外部的几种干扰源并采取相应抑制措施。主要包括:对PLC系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰;对外引线进行隔离、滤波,特别是动力电缆,要分层布置,以防通过外引线引入传导电磁干扰;正确设计接地点和接地装置,完善接地系统。另外还必须利用软件手段,进一步提高系统的安全可靠性。
3.3 电源的选择
在PLC控制系统中,电源占有极重要的地位。主要是变送器供电的电源和PLC系统有直接电气连接的仪表供电电源引起的干扰,并没有受到足够的重视,虽然采取了一定的隔离措施,但普遍还不够。主要是使用的隔离变压器分布参数大,抑制干扰能力差,经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以,对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大(如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术)的配电器,以减少PLC系统的干扰。
3.4 电缆的选择和布置
图1 屏蔽电缆的处理
为了减少动力电缆辐射电磁干扰,尤其是变频装置馈电电缆,不同类型的信号分别由不同电缆传输,信号电缆应按传输信号种类分层布置,严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号,避免信号线与动力电缆靠行布置,以减少电磁干扰。
3.5 滤波及软件抗干扰措施
信号在接入PLC前,在信号线与地间并接电容,以减少共模干扰;在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。此外,在PLC控制系统的软件设计和组态时,还应在软件方面进行抗干扰处理,进一步提高系统的可靠性。常用的一些措施:数字滤波和工频整形采样,可有效消除周期性干扰;定时校正参考点电位,并采用动态零点,可有效防止电位漂移;采用信息冗余技术,设计相应的软件标志位;采用间接跳转,设置软件陷阱等,以提高软件结构可靠性
3.6 完善接地系统
图2 PLC的接地
良好的接地是保证PLC安全可靠运行的重要条件。为了抑制附加在电源及输入端、输出端的干扰,应给PLC接专用地线,并且接地点要与其它设备分开,如图2(a)。若达不到这种要求,也可采用公共接地方式,如图2(b)。但是禁止采用串联接地方式,如图2(c),因为它会使各设备间产生电位差而引入干扰。此外,接地线要足够粗,接地电阻要小,接地点应尽可能靠近PLC。
4 谐波干扰的途径
以上的措施,经若干PLC控制系统现场实际运行表明,能够基本消除现场干扰信号的影响,保证系统的可靠运行。PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题,因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素,合理有效地抑制抗干扰,对有些干扰情况还需做具体分析,采取对症下药的方法,才能够使PLC控制系统正常工作。
参考文献
[1]张万忠.可编程控制器应用技术[M].北京:化学工业出版社,2001.
[2]于庆广.可编程控制器原理及系统设计[M].北京:清华大学出版社,2004.