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      淺談PLC的抗干擾問題

      2011-12-31 16:41:56
      關(guān)鍵詞:機(jī)殼屏蔽噪聲

      鄧 軍 從 彬

      (1、鄭州煤炭工業(yè)技師學(xué)院,河南 新鄭 451150;2、鄭州工業(yè)安全職業(yè)學(xué)院,河南 新鄭 451150)

      1 PLC的干擾及其來源

      1.1 干擾源

      PLC由于設(shè)計(jì)和安裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等因素影響,會(huì)受到干擾而發(fā)生故障,進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備失控和誤動(dòng)作。影響PLC工作的干擾大都產(chǎn)生在電流或者電壓劇變場(chǎng)所,這些電荷劇烈變化的部位,就是PLC的干擾源。

      1.2 干擾的途徑

      1.2.1 空間輻射

      輻射干擾主要來自電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程、廣播電視通信產(chǎn)生的無線電信號(hào)以及高頻加熱設(shè)備等。其傳播途徑主要有:一是直接對(duì)PLC內(nèi)部的輻射,由電路產(chǎn)生干擾;二是對(duì)通訊網(wǎng)絡(luò)的輻射,由通訊線路的感應(yīng)引起干擾。輻射干擾與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的布置和環(huán)境有關(guān),尤其對(duì)頻率反應(yīng)較敏感,一般通過屏蔽進(jìn)行消除。

      1.2.2 電源干擾

      PLC供電取自電網(wǎng),由于覆蓋范圍廣,電網(wǎng)極易受到空間電磁干擾而在電路上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。盡管PLC通常采用隔離電源,但是由于大量分布電容的存在,完全消除是不可能的,因此PLC仍會(huì)受到一定的電源干擾。

      1.2.3 信號(hào)線連接

      與PLC相連的硬接線,除了傳輸有效的各類信息外,也會(huì)成為干擾信號(hào)侵入的捷徑。此類干擾會(huì)引起I/O模塊工作異常和測(cè)量精度大大降低,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起元器件損壞。對(duì)于隔離性能較差的系統(tǒng),還會(huì)導(dǎo)致信號(hào)相互干擾,造成邏輯數(shù)據(jù)變化,誤動(dòng)和死機(jī),這是最常見的系統(tǒng)干擾故障現(xiàn)象。

      1.2.4 系統(tǒng)接地

      PLC的接地包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。當(dāng)接地點(diǎn)向電位分布不均勻,電位差過大時(shí),會(huì)引起環(huán)路電流,影響系統(tǒng)的正常工作。例如控制電纜的屏蔽層必須有 端接地,如果兩端都接地,就存在電位差,屏蔽電纜將有環(huán)路電流通過,引起控制信號(hào)的異變,導(dǎo)致控制系統(tǒng)異常工作。

      1.3 干擾的分類

      干擾類型通常按干擾產(chǎn)生的原因、干擾模式和波形性質(zhì)的不同來劃分。按干擾產(chǎn)生的原因不同分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等;按干擾的波形、性質(zhì)不同分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等;按干擾模式不同分為共模干擾和差模干擾。

      2 抗干擾的技術(shù)措施

      PLC控制系統(tǒng)對(duì)安全性要求高,由于受到干擾信號(hào)的影響而出現(xiàn)問題,因此必須選擇采用合理的抗干擾措施,對(duì)PLC的安裝環(huán)境和不利條件作改進(jìn)。

      2.1 硬件抗干擾措施

      2.1.1 抑制電源系統(tǒng)引入的干擾

      (1)采用濾波和屏蔽。為防止外界噪聲干擾及電源電壓波動(dòng)對(duì)CPU的影響,須采用隔離變壓器抑制電源系統(tǒng)的干擾。同時(shí)要使屏蔽良好接地,次級(jí)連接線要使用雙絞線,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、次級(jí)間再加屏蔽層。(2)采用交流穩(wěn)壓。為抑制電網(wǎng)大容量設(shè)備起停引起的電網(wǎng)電壓波動(dòng),保持交流供電電壓的穩(wěn)定,對(duì)交流電源在濾波前,應(yīng)采用穩(wěn)壓環(huán)節(jié)。(3)分離供電系統(tǒng)采用獨(dú)立電源??刂破骱虸/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)輸入輸出供電斷電不會(huì)影響控制器的供電,各個(gè)變壓器的次級(jí)繞組的屏蔽層接點(diǎn)應(yīng)分別接入各繞組電路的地。根據(jù)系統(tǒng)的需要,選擇必要和合適的公共接點(diǎn),以達(dá)到最佳的屏蔽效果。

      2.1.2 抑制接地系統(tǒng)引入的干擾

      (1)控制系統(tǒng)與電網(wǎng)的接地方式。有共地、浮地以及機(jī)殼共地和電路浮地三種方式。共地接地方式是將控制系統(tǒng)中的電路的接地點(diǎn)Gc、機(jī)殼的接地點(diǎn)Gb與電網(wǎng)地線的接地點(diǎn)Go連在一起,整個(gè)系統(tǒng)以大地為電位參考,是目前采用較多的一種方式。如果在大地電位變化較大的場(chǎng)所,則應(yīng)采用浮地方式。此方式是將控制系統(tǒng)中電路的接地點(diǎn)Gc與機(jī)殼的接地點(diǎn)Gb連在一起,但不與電網(wǎng)的接地點(diǎn)Go相連。一般在機(jī)柜與地之間用絕緣膠墊隔開,交流進(jìn)線也要加強(qiáng)絕緣。但因系統(tǒng)浮地,機(jī)殼容易積累靜電,操作不太安全,這樣可采用機(jī)殼共地和電路浮地的方式,這種接地方式是上兩種方式的折衷。由于機(jī)殼的接地點(diǎn)Gb與電網(wǎng)的接地點(diǎn)Go連在一起,因此操作比較安全,通常將電路的插件柜架用絕緣支撐與外部機(jī)架、機(jī)殼隔開,保持電路部件與機(jī)殼的良好絕緣。(2)控制系統(tǒng)的一般接地方式。 控制系統(tǒng)的一般接地方式有三種:一是專用接地,即控制器和其它設(shè)備分別接地方式,此方式最好。若不能做到專用接地,可采用共用接地方式即控制器與其它設(shè)備分別與同一接地體相接。接地時(shí),接地線應(yīng)盡量粗,用大于2mm2的接地線,接地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近控制器,接地線應(yīng)盡量避開強(qiáng)電回路和主回路的電線。

      2.1.3 抑制輸入輸出電路引入的干擾

      (1)抑制輸入信號(hào)干擾的措施。a.防止輸入端有感性負(fù)荷時(shí)引起的干擾,當(dāng)控制器輸入交流信號(hào)時(shí),為防止反沖感應(yīng)電勢(shì)損壞模塊,在其兩端并接電容C和電阻R。當(dāng)控制器輸入直流信號(hào)時(shí),在其輸入兩端并接續(xù)流二極管VD。b.防止感應(yīng)電壓的干擾,對(duì)此干擾可采用輸入電壓直流化,在輸入端并接浪涌吸收器,繼電器轉(zhuǎn)換三種方法處理。(2)抑制輸出信號(hào)干擾的措施。a.在交流感性負(fù)載場(chǎng)合,在負(fù)載兩端并接RC浪涌吸收器。b.直流負(fù)載場(chǎng)合,在負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管VD。c.在開關(guān)時(shí)產(chǎn)生干擾較大的場(chǎng)合,對(duì)交流負(fù)載可使用雙向晶體管輸出模塊。

      2.1.4 抑制外部配線干擾的措施

      為防止或減少外部配線的干擾,可采取以下措施:(1)交流輸入輸出信號(hào)與直流輸入輸出信號(hào)分別使用各自電纜。(2)在30m以上的長(zhǎng)距離配線時(shí),輸入信號(hào)線與輸出信號(hào)線分別使用各自電纜。(3)集成電路或晶體管設(shè)備的輸入輸出信號(hào)線,必須使用屏蔽電纜。(4)控制器的接地線與電源線或動(dòng)力線分開。

      2.2 軟件抗干擾措施

      2.2.1 數(shù)字濾波

      對(duì)于較低信噪比的模擬量信號(hào),常因現(xiàn)場(chǎng)瞬時(shí)干擾而產(chǎn)生較大波動(dòng),若僅用瞬時(shí)采樣植進(jìn)行控制計(jì)算會(huì)產(chǎn)生較大誤差,為此可采用數(shù)字濾波方法?,F(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后變成離散的數(shù)字信號(hào),然后將形成的數(shù)據(jù)按時(shí)間序列存入PLC內(nèi)存。再利用數(shù)字濾波程序?qū)ζ溥M(jìn)行處理,濾去噪聲部分獲得單純信號(hào)。此方法反應(yīng)速度快,具有很好的實(shí)時(shí)性,輸入信號(hào)經(jīng)過處理后用于信號(hào)顯示或回路調(diào)節(jié),有效地抑制了噪聲干擾。

      2.2.2 軟件容錯(cuò)

      由于工業(yè)環(huán)境惡劣,干擾信號(hào)較多,I/O信號(hào)傳送距離較長(zhǎng),常常會(huì)使傳送的信號(hào)有誤。為提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,使PLC在信號(hào)出錯(cuò)情況下能及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,并能排除錯(cuò)誤的影響繼續(xù)工作,在程序編制中可采用軟件容錯(cuò)技術(shù)。

      (1)在目前現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)不完全可靠的情況下,對(duì)于非嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行的故障信號(hào),在程序中采取不同時(shí)間的判斷,以防止輸入接點(diǎn)的抖動(dòng)而產(chǎn)生“偽報(bào)警”。若延時(shí)后,信號(hào)仍不消失,再執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。(2)在充分利用信號(hào)間的組合邏輯關(guān)系構(gòu)成條件判斷,使個(gè)別信號(hào)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí),系統(tǒng)不會(huì)因錯(cuò)誤判斷而影響其正常的邏輯功能。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)硬件配置已經(jīng)確定,對(duì)其增加和修改都比較困難,而從軟件方面入手則無需增加任何設(shè)備,采用不同的容錯(cuò)技術(shù),使用方便、靈活,可作為硬件容錯(cuò)的補(bǔ)充,進(jìn)一步提高系統(tǒng)抗干擾能力。

      以上幾種抗干擾措施,是根據(jù)許多PLC控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)所獲得,結(jié)合本控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)情況,則基本能夠消除現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)的影響,保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

      [1]葛文峰,PLC控制系統(tǒng)的硬件抗干擾措施,《煤礦機(jī)械》2004年11期.

      [2]馮國(guó)秀,多功能PLC抗干擾措施,《新鄉(xiāng)教育學(xué)院學(xué)報(bào)》2008年01期.

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