PLC在鋼筒螺旋焊中的抗干擾分析及措施

吳思雄

（浙江立德產(chǎn)品技術有限公司，杭州 310020）

PLC在鋼筒螺旋焊中的抗干擾分析及措施

吳思雄

（浙江立德產(chǎn)品技術有限公司，杭州 310020）

隨著PLC應用到鋼筒螺旋焊機，它的干擾問題也隨之而來。分析PLC控制系統(tǒng)中的主要干擾來源，并提出了幾種PLC控制系統(tǒng)的具體抗干擾措施。

PLC；鋼筒螺旋焊；電磁兼容性

前言

鋼筒螺旋焊機是集卷板、焊接、切割于一體的設備。實踐證明應用PLC控制能使機器更操作簡便，省工省時。

PLC即可編程序控制器，是微機技術和繼電器常規(guī)技術相結(jié)合的產(chǎn)物，是以微處理器為核心用以數(shù)字控制的控制器。PLC根據(jù)點數(shù)分為小型、中型、大型，能滿足各層次用戶的需求。但實際工廠中變壓器容量有限，其他設備啟動時電網(wǎng)電壓突然降低，生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣；鋼筒螺旋焊機使用的焊機是直流電機，同一控制柜中有變頻器等多種電器元件，造成電磁干擾特別強烈。如果安裝或者使用不當，可能造成程序或運算錯誤，引起PLC誤動作而不能正常工作。

1 影響PLC控制系統(tǒng)的主要干擾源

PLC控制系統(tǒng)大多安裝于控制柜內(nèi)，其系統(tǒng)復雜、設備品種多、連接電纜也是又多又長，所以電磁環(huán)境相對惡劣。

1.1 電源干擾源

1）電網(wǎng)干擾源。實際使用中通過電源引入的干擾而造成故障的現(xiàn)象比較普遍。PLC系統(tǒng)一般由電網(wǎng)供電，因此整個系統(tǒng)受到所有空間的輻射電磁場影響。主要有由內(nèi)部電網(wǎng)中電氣設備的暫態(tài)變化、雷電、雷達、無線電廣播、電視等產(chǎn)生的輻射干擾，若此時PLC系統(tǒng)處于干擾頻場內(nèi)，就會受到輻射干擾。特別是內(nèi)部電網(wǎng)的瞬態(tài)變化，如：開關斷路器引起的浪涌、變頻器和直流調(diào)速器等工作時引起的諧波、大功率設備啟停引起的諧波，都會影響電網(wǎng)電源質(zhì)量而造成干擾。

2）控制柜內(nèi)干擾源。PLC控制柜內(nèi)裝載的其他大電感設備，高壓設備，在安裝時布線交叉。裝在一起的小容量電器的通斷控制同樣會產(chǎn)生電磁干擾。

1.2 接地系統(tǒng)的干擾源

靜電耦合和電磁耦合均有可能通過地線影響系統(tǒng)。各類地的電位不相等而存在電位差，則可能引起共模干擾進而影響系統(tǒng)正常工作。屏蔽層在變化的磁場中會產(chǎn)生感應電流而引起干擾。

1.3 信號線的干擾源

信號線主要是傳輸各類檢測信號和控制信號。傳輸質(zhì)量的好壞能直接影響到整個系統(tǒng)能否穩(wěn)定、可靠和準確的運行。但信號線也會受到外部信號的干擾。此類外部干擾主要有三種：①夾在各類變送器（傳感器）供電電源的電網(wǎng)干擾；②夾在信號儀表供電電源的電網(wǎng)干擾；③空間電磁感應的干擾。

1.4 變頻器干擾源

變頻器的干擾主要有兩個方面：①變頻器的工作原理是交流——直流——交流，因此在工作中特別是啟動的瞬間有諧波，諧波引起騷擾電壓，影響供電質(zhì)量；②輸出線纜會對環(huán)境產(chǎn)生較強的電磁輻射騷擾，影響其他用電設備。

1.5 其他干擾源

1）由于連接不牢靠、拉扯造成傳輸信號時斷時續(xù)，PLC無法準確的判斷，造成出錯。

2）按鈕觸點抖動，這時現(xiàn)場觸點只閉合一次，但由于抖動，PLC卻認為閉合了很多次，造成判斷錯誤。

2 主要的抗干擾措施

2.1 電源干擾的抑制

本次設計的PLC供電由變比為1:1的隔離變壓器供電，保證供電電源干凈。CPU供電與I/O供電應分開。PLC安裝位置與強干擾源保持一定距離。如：直流焊機、變頻器、直流調(diào)速器和其他大型用電設備等，至少離動力線大于200 mm。同時不與高壓器件安裝在同一電控柜。當同一電控柜內(nèi)有電感性負載（較大功率的繼電器和接觸器線圈）時，應在感性負載兩端并聯(lián)一個RC消弧器。PLC柜內(nèi)電源線盡量平行走線且最好采用雙絞線連接，使電源線對地呈現(xiàn)低阻抗。

2.2 信號線的抗干擾措施

PLC I/O的開關量信號線和模擬量信號線要分開敷設。模擬量信號線采用屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護，屏蔽層單端接地且接地電阻應小于1 Ω。不同電壓等級的模擬量信號不應使用同一根電纜，交直流信號也不應使用同一根電纜。盡量按照不同電壓等級分開走線，交直流信號線也應分開捆扎。

PLC開關量輸入側(cè)信號要保證可靠，如：按鈕、行程開關等機械觸點，必須保證觸點接觸牢靠，接線牢固可靠。設計時盡量選用接近開關替代容易產(chǎn)生故障的行程開關。模擬量輸入側(cè)，電壓信號較電源信號更容易受到干擾，一般選用0~20 mA和4~20 mA的電流信號。PLC開關量輸出有繼電器、晶體管、晶閘管三種輸出形式。用戶可根據(jù)負載要求選用。PLC輸出為繼電器輸出時，繼電器線圈的電感性負載的大小選擇會產(chǎn)生干擾。因此在PLC 的開關量輸入和開關量輸出端加隔離繼電器很重要。此外，PLC內(nèi)部繼電器的帶載能力有限，外接繼電器或接觸器也是解決問題的途徑。晶體管類型只能用于直流負載。晶閘管類型只能用于交流負載。

2.3 完善的接地系統(tǒng)

接地的目的主要有兩個：①安全，②抑制干擾。接地在消除干擾上起很大的作用。在PLC控制系統(tǒng)中，主要有以下幾種形式的“接地”：

1）信號地。輸入側(cè)各元件的地；一般信號線必須有唯一的參考地。屏蔽線的接地原則是：①應盡量在信號源側(cè)接地；②只有不方便在信號源側(cè)接地時，在PLC側(cè)接地；③信號線中間的連接頭或多測點信號連接處，屏蔽層不僅要牢固的連接還要做絕緣處理保證單點接地，避免多點接地；④當屏蔽電纜處于有騷擾電壓的場合時，必須就近接地，以防止形成“地環(huán)路”。

2）系統(tǒng)地。即PLC控制器為了與所控的各設備等電位而接地。接地電阻不大于4 Ω。一般設計時系統(tǒng)地可考慮把PLC的地和開關電源負端并在一起即可解決。

3）屏蔽接地。主要目的是防止靜電和磁場感應。處理方法是：通過專門的銅導線外殼或金屬絲網(wǎng)直接引入地下。

4）安全地/保護地。主要是用于預防設備漏電，保障人身安全。做法把所有設備的外殼及內(nèi)部獨立元件的外殼接地。

2.4 變頻器干擾的抑制

1）供電采用專用的隔離變壓器。用于阻隔電網(wǎng)中的傳導干擾及諧波。

2）供電側(cè)加裝濾波器。濾波器一方面有很強的抗干擾能力，另外還能抑制變頻器產(chǎn)生的騷擾電壓，防止電源畸變；還能吸收變頻器逆變過程中可能產(chǎn)生的尖峰電壓。

3）輸出側(cè)加裝電抗器，①電抗器可以控制電流的增減變化，抑制線路上產(chǎn)生電磁輻射；②當輸出側(cè)發(fā)生短路時，可以抑制瞬態(tài)變化引起的浪涌。

2.5 其他干擾的抑制

對于觸點抖動的情況可以使用軟件數(shù)字濾波來防止干擾。

3 鋼筒螺旋焊機干擾問題及解決辦法

本套系統(tǒng)焊機行走，芯模旋轉(zhuǎn)及放板行走必須同步，用到了通訊及變頻，針對現(xiàn)場出現(xiàn)的問題采取以下的抗干擾措施：①把功率部分和控制部分分別分開安裝，使電源柜對控制柜的干擾減少到最低；②PLC控制系統(tǒng)的供電單獨采用隔離變壓器；③為了可靠的接地并減小接地電阻，選用4×30的銅排做為接地電纜；④對編碼器反饋信號線，PLC間的通訊線等線路，采取單獨穿管且屏蔽層兩端單獨接地；⑤主控回路中的接觸器線圈兩端都并聯(lián)一個RC消弧器。

4 結(jié)論

這套系統(tǒng)在調(diào)試初期，由于干擾問題引起了同步信號出現(xiàn)差錯。采用以上措施之后，干擾問題得以解決。雖然PLC本身的可靠性很高，但是其應用系統(tǒng)環(huán)境一般都比較惡劣。設計時應綜合考慮各個方面的干擾因素，才能使系統(tǒng)中各元件合理“共存”。

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吳思雄（1982.9-），女，浙江省麗水人，本科，主要從事電磁兼容的抗干擾技術研究。

Interference Analysis and Measures of PLC in Steel Tube Spiral Welding

WU Si-xiong
(Zhejiang LEAD Product Technic Co., Ltd., Hangzhou 310020)

With the application of PLC on the steel tube spiral welding machine, the interference problem is also followed. In this paper, the main sources of interference in the PLC control system are analyzed, and some specific anti-interference measures of PLC control system are put forward.

PLC; steel tube spiral welding; electromagnetic compatibility

TP23

A

1004-7204（2017）03-0018-03