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      PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用的抗干擾問題研究

      2017-07-27 14:57:19劉福祿
      商情 2017年21期
      關(guān)鍵詞:接地抗干擾干擾源

      【摘要】本文分析了PLC控制系統(tǒng)中的主要干擾源,并分析了PLC控制系統(tǒng)工程應(yīng)用的抗干擾設(shè)計,最后給出了PLC控制系統(tǒng)應(yīng)采取的主要抗干擾措施。

      【關(guān)鍵詞】干擾源 PLC 抗干擾 接地

      1.電磁干擾源及對系統(tǒng)的干擾

      1.1干擾源及干擾一般分類。影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源一樣,大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位,這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源,即干擾源。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;按噪聲干擾模式不同,分為共模干擾和差模干擾。

      1.2 PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源

      1.2.1 來自空間的輻射干擾??臻g的輻射電磁場(EMI)主要是由電力網(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(dá)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的,通常稱為輻射干擾,其分布極為復(fù)雜。若PLC系統(tǒng)置于所射頻場內(nèi),就回收到輻射干擾。

      1.2.2 來自系統(tǒng)外引線的干擾。主要通過電源和信號線引入,通常稱為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場較嚴(yán)重。

      電源干擾:PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(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,開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等,都通過輸電線路傳到電源。PLC電源通常采用隔離電源,但其機構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實際上,由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在,絕對隔離是不可能的。

      信號線干擾: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之外,總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑:一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾,這往往被忽視;二是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾,即信號線上的外部感應(yīng)干擾,這是很嚴(yán)重的。PLC控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I/O模件損壞相當(dāng)嚴(yán)重,由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。

      1.2.3 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。這都屬于PLC制造廠對系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行電磁兼容設(shè)計的內(nèi)容,比較復(fù)雜,作為應(yīng)用部門是無法改變,可不必過多考慮,但要選擇具有較多應(yīng)用實績或經(jīng)過考驗的系統(tǒng)。

      2.PLC控制系統(tǒng)工程應(yīng)用的抗干擾設(shè)計

      PLC控制系統(tǒng)的抗干擾是一個系統(tǒng)工程,要求制造單位設(shè)計生產(chǎn)出具有較強抗干擾能力的產(chǎn)品,且有賴于使用部門在工程設(shè)計、安裝施工和運行維護(hù)中予以全面考慮,并結(jié)合具有情況進(jìn)行綜合設(shè)計,才能保證系統(tǒng)的電磁兼容性和運行可靠性。進(jìn)行具體工程的抗干擾設(shè)計時,應(yīng)主要以下兩個方面。

      2.1 設(shè)備選型。在選擇設(shè)備時,首先要選擇有較高抗干擾能力的產(chǎn)品,其包括了電磁兼容性(EMC),尤其是抗外部干擾能力,如采用浮地技術(shù)、隔離性能好的PLC系統(tǒng);其次還應(yīng)了解生產(chǎn)廠給出的抗干擾指標(biāo);另外是考察其在類似工作中的應(yīng)用實績。

      2.2 綜合抗干擾設(shè)計。主要考慮來自系統(tǒng)外部的幾種抑制措施,主要內(nèi)容包括:對PLC系統(tǒng)及外引線進(jìn)行屏蔽以防空間輻射電磁干擾;對外引線進(jìn)行隔離、濾波,特別是動力電纜分層布置,以防通過外引線引入傳導(dǎo)電磁干擾;正確設(shè)計接地點和接地裝置,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)干擾串入PLC控制系統(tǒng)主要通過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耦合進(jìn)入的。所以,對于變送器和共用信號儀表供電應(yīng)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。

      3.2 電纜選擇和敷設(shè)。為了減少動力電纜輻射電磁干擾,尤其是變頻裝置饋電電纜。不同類型的信號分別由不同電纜傳輸,信號電纜應(yīng)按傳輸信號種類分層敖設(shè),嚴(yán)禁用同一電纜的不同導(dǎo)線同時傳送動力電源和信號,避免信號線與動力電纜靠近平行敖設(shè),以減少電磁干擾。

      3.3 硬件濾波及軟件抗干擾措施。信號在接入計算機前,在信號線與地間并接電容,以減少共模干擾;在信號兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。由于電磁干擾的復(fù)雜性,要根本消除干擾影響是不可能的,因此在PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計和組態(tài)時,還應(yīng)在軟件方面進(jìn)行抗干擾處理,進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。常用的一些措施:數(shù)字濾波和工頻整形采樣,可有效消除周期性干擾;定時校正參考點電位,并采用動態(tài)零點,可有效防止電位漂移;采用信息冗余技術(shù),設(shè)計相應(yīng)的軟件標(biāo)志位;采用間接跳轉(zhuǎn),設(shè)置軟件陷阱等提高軟件結(jié)構(gòu)可靠性。

      3.4 正確選擇接地點,完善接地系統(tǒng)。接地的目的通常有兩個,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。系統(tǒng)接地方式有:浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對PLC控制系統(tǒng)而言,它屬高速低電平控制裝置,應(yīng)采用直接接地方式。

      信號源接地時,屏蔽層應(yīng)在信號側(cè)接地;不接地時,應(yīng)在PLC側(cè)接地;信號線中間有接頭時,屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理,一定要避免多點接地;多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞屏蔽電纜連接時,各屏蔽層應(yīng)相互連接好,并經(jīng)絕緣處理。選擇適當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c接點。

      4. 結(jié)束語

      PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個十分復(fù)雜的問題,因此在抗干擾設(shè)計中應(yīng)綜合考慮各方面的因素,合理有效地抑制抗干擾,對有些干擾情況還需做具體分析,采取對癥下藥的方法,才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。

      參考文獻(xiàn):

      [1]周萬珍.高鴻斌.PLC分析與設(shè)計應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

      [2]常斗南.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998.

      [3]劉福祿.PLC程序設(shè)計的選擇技巧[J].科學(xué)咨詢(科技管理),2010(7)

      [4]劉福祿編著.現(xiàn)代電氣控制技術(shù)[M].大連理工大學(xué)出版社,2011.

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