淺談ＰＬＣ在工礦控制領域應用中應注意的問題

謝振東　張繼福　李金順　矯書華

摘要：采用PLC對礦山機電設備進行控制，取代傳統(tǒng)的電器控制手段，以此獲取更高的經(jīng)濟效益和安全性能。介紹可編程控制器在工礦控制領域的應用過程中，要保證正常運行應該注意的一系列問題，并給出一些合理的建議。

關鍵詞：PLC可編程控制器；工業(yè)控制；抗干擾；接地；建議

1簡述

可編程控制器（PLC）是一種新型的通用控制裝置，他將傳統(tǒng)的繼電器控制技術、計算機控制技術和通信技術融為一體，專為工業(yè)控制而設計，具有功能強、通用靈活、可靠性強、環(huán)境適應性好、編成簡單、使用方便、體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點。近年來，隨著可編程控制器的日漸成熟，越來越多設備的控制都采用PLC控制器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制，并取得了很好的經(jīng)濟效益。

隨著煤礦現(xiàn)代化的發(fā)展，礦山對礦山設備的要求越來越高,建設本質(zhì)安全性礦山已成為煤礦生產(chǎn)建設的核心。礦山設備不斷更新，不斷進步，可靠性、易操作性、可監(jiān)視性、易維護性等已是最基本的要求了。用繼電器搭成的控制電路具有可靠性差、不易維護、不易監(jiān)視，已不能適應當前的要求?，F(xiàn)在迫切需要可靠性高、易維護、易操作、可監(jiān)視并且價格不高這樣的控制器來代替繼電器搭成的電路。隨著電子技術、軟件技術、控制技術飛速發(fā)展，可編程控制器（PLC）發(fā)展迅猛，性能很高，價格較為合理，與繼電器搭的控制電路比具有非常大的優(yōu)勢。許多礦山設備已選用了PLC來代替比較重要的設備控制，成為工業(yè)控制領域的主流控制設備，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。

2 PLC應用中需要注意的問題

PLC是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動化控制的設備，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，盡管其可靠性較高，抗干擾能力較強，但當生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設備的失控和誤動作，從而不能保證PLC的正常運行，要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家提高設備的抗干擾能力；另一方面，要求設計、安裝和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能。因此在使用中應注意以下問題：

2.1工作環(huán)境

溫度 。PLC要求環(huán)境溫度在0~55oC，安裝時不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風散熱的空間應足夠大。

濕度。為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對濕度應小于85%，無凝露。

震動。應使PLC遠離強烈的震動源，防止振動頻率為10~55Hz的頻繁或連續(xù)振動。當使用環(huán)境不可避免震動時，必須采取減震措施，如采用減震膠等。

空氣。避免有腐蝕和易燃的氣體，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。

電源。PLC對于電源線帶來的干擾具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或電源干擾特別嚴重的環(huán)境中，可以安裝一臺帶屏蔽層的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾。一般PLC都有直流24V輸出提供給輸入端，當輸入端使用外接直流電源時，應選用直流穩(wěn)壓電源。因為普通的整流濾波電源，由于紋波的影響，容易使PLC接收到錯誤信息。

2.2 控制系統(tǒng)中干擾及其來源

現(xiàn)場電磁干擾是PLC控制系統(tǒng)中最常見也是最易影響系統(tǒng)可靠性的因素之一，所謂治標先治本，找出問題所在，才能提出解決問題的辦法。因此必須知道現(xiàn)場干擾的源頭。

PLC系統(tǒng)中干擾的主要來源及途徑

強電干擾

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電壓。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，刀開關操作浪涌、大型電力設備起停、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原邊。

柜內(nèi)干擾

控制柜內(nèi)的高壓電器，大的電感性負載，混亂的布線都容易對PLC造成一定程度的干擾。

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的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。

來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾

接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。

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。

變頻器干擾

一是變頻器啟動及運行過程中產(chǎn)生諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生傳導干擾，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產(chǎn)生較強的電磁輻射干擾，影響周邊設備的正常工作。

2.3 主要抗干擾措施

電源的合理處理，抑制電網(wǎng)引入的干擾。對于電源引入的電網(wǎng)干擾可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為1：1的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾，還可以在電源輸入端串接LC濾波電路。

正確選擇接地點，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，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、交流地和保護地等。接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾主要是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。

此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)又會出現(xiàn)感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。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，也影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。

電源接地

將電源線接地端和柜體連線接地為安全接地。如電源漏電或柜體帶電，可從安全接地導入地下，不會對人造成傷害。

系統(tǒng)接地

PLC控制器為了與所控的各個設備同電位而接地，叫系統(tǒng)接地。接地電阻值不得大于4Ω，一般需將PLC設備系統(tǒng)地和控制柜內(nèi)開關電源負端接在一起，作為控制系統(tǒng)地。

信號與屏蔽接地

一般要求信號線必須要有唯一的參考地，屏蔽電纜遇到有可能產(chǎn)生傳導干擾的場合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成"地環(huán)路"。信號源接地時，屏蔽層應在信號側(cè)接地；不接地時，應在PLC側(cè)接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接并進行絕緣處理，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總屏蔽電纜連接時，各屏蔽層應相互連接好，并經(jīng)絕緣處理，選擇適當?shù)慕拥靥巻吸c接點。

對變頻器干擾的抑制。變頻器的干擾處理一般有下面幾種方式：

加隔離變壓器，主要是針對來自電源的傳導干擾，可以將絕大部分的傳導干擾阻隔在隔離變壓器之前。

使用濾波器，濾波器具有較強的抗干擾能力，還具有防止將設備本身的干擾傳導給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。

使用輸出電抗器，在變頻器到電動機之間增加交流電抗器主要是減少變頻器輸出在能量傳輸過程中線路產(chǎn)生電磁輻射，影響其它設備正常工作。

結(jié)束語

PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個十分復雜的問題，因此在抗干擾設計中應綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制抗干擾，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。隨著PLC應用領域的不斷拓寬，如何高效可靠的使用PLC也成為其發(fā)展的重要因素。PLC作為自動化控制網(wǎng)絡和國際通用網(wǎng)絡的重要組成部分，將在工業(yè)控制領域發(fā)揮越來越大的作用。

作者簡介：謝振東（1964-），畢業(yè)與雞西工學院機電專業(yè)，機電工程師，從事機運技術管理工作。