ＰＬＣ系統(tǒng)干擾源與可靠性分析

宓　茜

摘要:PLC廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè),因此討論其可靠性是非常重要的,而系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。本文分析了與PLC可靠運(yùn)行有關(guān)的各個(gè)干擾因素,提出了克服這些因素影響的方案,探討了提高控制系統(tǒng)可靠性的硬軟件措施。

關(guān)鍵詞:PLC 干擾源 系統(tǒng)可靠性

中圖分類號(hào):F23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-8937(2009)03-0069-01

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和運(yùn)行,系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC,它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。設(shè)計(jì)人員只有預(yù)先了解各種干擾才能有效保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。因此,分析PLC系統(tǒng)的各類干擾源及其相應(yīng)的抗干擾措施是一項(xiàng)十分重要的工作。

1 電磁干擾源及其對(duì)系統(tǒng)的干擾

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,這些部位就是噪聲源,即干擾源。

干擾類型通常按干擾產(chǎn)生的原因、噪聲的干擾模式和噪聲的波形性質(zhì)的不同劃分。其中: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;按聲音干擾模式不同,分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號(hào)對(duì)地面的電位差,主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)線上感應(yīng)的共態(tài)(同方向)電壓送加所形成。共模電壓有時(shí)較大,特別是采用隔離性能差的電器供電室,變送器輸出信號(hào)的共模電壓普遍較高,有的可高達(dá)130V以上。共模電壓通過(guò)不對(duì)稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓,直接影響測(cè)控信號(hào),造成元器件損壞(這就是一些系統(tǒng)I/O模件損壞率較高的原因),這種共模干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指用于信號(hào)兩極間得干擾電壓,主要由空間電磁場(chǎng)在信號(hào)間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓,這種讓直接疊加在信號(hào)上,直接影響測(cè)量與控制精度。

2PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來(lái)源

2.1 來(lái)自空間的輻射干擾

輻射干擾與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)大小,特別是頻率有關(guān),一般通過(guò)設(shè)置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護(hù)。

2.2 來(lái)自系統(tǒng)外引線的干擾

主要通過(guò)電源和信號(hào)線引入,通常稱為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在我國(guó)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較嚴(yán)重。

2.3 來(lái)自電源的干擾

實(shí)踐證明,因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多,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,將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電路。

2.4 來(lái)自信號(hào)線引入的干擾

與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)傳輸線,除了傳輸有效的各類信號(hào)之外,總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。此干擾主要有兩種途徑:一是通過(guò)變送器或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾,這往往被忽略;二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾,即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾,這是很嚴(yán)重的。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起I/O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低,嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng),還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾,引起共地系統(tǒng)總線回流,造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)和死機(jī)。PLC控制系統(tǒng)因信號(hào)引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當(dāng)嚴(yán)重,由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。

3 解決PLC系統(tǒng)干擾的探討

選用隔離性能較好的設(shè)備、選用優(yōu)良的電源,動(dòng)力線和信號(hào)線走線要更加合理等等,能解決干擾問(wèn)題,但是比較煩瑣、不易操作而且成本較高。利用信號(hào)隔離器解決干擾問(wèn)題是一個(gè)比較可行的辦法。只要在有干擾的地方,輸入端和輸出端中間加上合適的信號(hào)隔離器,可有效解決干擾問(wèn)題。信號(hào)隔離器的使用簡(jiǎn)單方便、可靠,成本低廉。同時(shí)它可大量減輕設(shè)計(jì)人員、系統(tǒng)調(diào)試人員工作量,即使復(fù)雜的系統(tǒng)在普通的設(shè)計(jì)人員手里,也會(huì)變的非?？煽俊Ｐ盘?hào)隔離器工作原理是將PLC接收的信號(hào),通過(guò)半導(dǎo)體器件調(diào)制變換,然后通過(guò)光感或磁感器件進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換,然后再進(jìn)行解調(diào)變換回隔離前原信號(hào)或不同信號(hào),同時(shí)對(duì)隔離后信號(hào)的供電電源進(jìn)行隔離處理。保證變換后的信號(hào)、電源、地之間絕對(duì)獨(dú)立。除此之外,為了提高PLC控制系統(tǒng)可靠性,抗干擾措施貫穿系統(tǒng)和軟、硬件設(shè)計(jì)的始終。具體來(lái)說(shuō)有如下幾點(diǎn)措施:

3.1 輸入與輸出端子的保護(hù)

當(dāng)輸入信號(hào)源與輸出驅(qū)動(dòng)的負(fù)載為感性元件時(shí),對(duì)于直流電路應(yīng)在其兩端并聯(lián)續(xù)流二極管;對(duì)于交流電路,應(yīng)在其兩端并聯(lián)阻容吸收電路。采用以上措施,可防止在電感性輸入或輸出電路斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電勢(shì)或漏電流對(duì)PLC輸入、輸出端點(diǎn)及內(nèi)部電源造成的沖擊。

3.2 輸入與輸出信號(hào)的防錯(cuò)

當(dāng)輸入信號(hào)源為晶體管,或者是光電開(kāi)關(guān)輸出類型時(shí);當(dāng)輸出元件為雙向晶閘管,或是晶體管輸出,而外部負(fù)載又很小時(shí),會(huì)因?yàn)檫@類輸出元件在判斷時(shí)有較大的漏電流,使輸入電路和外部負(fù)載電路不能關(guān)斷,導(dǎo)致輸入與輸出信號(hào)的錯(cuò)誤。為此應(yīng)在這類輸入、輸出電路上并聯(lián)旁路電阻,以減少PLC輸入電流和外部負(fù)載電流。

3.3 安裝與布線采取一定的抗干擾措施

PLC電源、I/O電源一般都采用帶屏蔽層的隔離變壓器供電,在有較強(qiáng)干擾源的環(huán)境中使用時(shí),或在PLC工作可靠性很高時(shí),應(yīng)將屏蔽層和PLC浮地端子接地,接地線截面積不能過(guò)小,保證接地點(diǎn)與PLC機(jī)的距離應(yīng)小于50m。接地線要采取獨(dú)立的方式,不能用與其它設(shè)備串聯(lián)接地的方式。

PLC電源線,I/O電源線,輸入、輸出信號(hào)線,交、直流線都應(yīng)盡量分開(kāi)布線。開(kāi)關(guān)量信號(hào)線與模擬量信號(hào)線也應(yīng)分開(kāi)布線,后者應(yīng)用屏蔽線,并且將屏蔽層接地。數(shù)字傳輸線也要采用屏蔽線,并且要將屏蔽層接地。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)PLC控制系統(tǒng)干擾源的分析,提出了若干抗干擾措施,為工業(yè)控制中PLC可靠性設(shè)計(jì)提供了一定的依據(jù)。提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施還有很多,只要我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用過(guò)程中,充分考慮到對(duì)PLC的各種不利因素,在系統(tǒng)應(yīng)用中采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施,就完全可以使控制系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行。

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