PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施

鄭魯平++陳連忠++陳海群++林國(guó)勝

摘 要目前PLC控制系統(tǒng)因其良好的可靠性和方便的應(yīng)用擴(kuò)展能力在風(fēng)洞控制系統(tǒng)中已被廣泛應(yīng)用，但因?qū)嶒?yàn)室多種設(shè)備和外部因素的影響也干擾著PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，這直接影響到實(shí)驗(yàn)室的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此提高PLC系統(tǒng)的抗干擾能力非常重要。

【關(guān)鍵詞】PLC控制系統(tǒng) 電磁干擾 抗干擾措施

PLC可編程邏輯控制器，以計(jì)算機(jī)技術(shù)作為基礎(chǔ)，用于執(zhí)行面向用戶(hù)的指令，包括執(zhí)行邏輯運(yùn)算、定時(shí)、技術(shù)、算數(shù)操作以及順序控制等，通過(guò)數(shù)字式輸入/ 輸出或者模擬式輸入/ 輸出控制生產(chǎn)過(guò)程，具有控制功能強(qiáng)，可靠性高，使用靈活方便，易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。但是當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過(guò)于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成PLC程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作，從而影響PLC控制系統(tǒng)的可靠性及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的正常運(yùn)行。

1 實(shí)驗(yàn)室控制系統(tǒng)中的主要干擾源

風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室用電設(shè)備較多，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，設(shè)備運(yùn)行、電纜鋪設(shè)、電網(wǎng)擾動(dòng)等多種因素導(dǎo)致試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾彼此疊加相互影響，目前在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)主要的干擾源有以下幾個(gè)方面：

交直流變頻電氣設(shè)備和高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的空間電磁輻射干擾；PLC交流供電電源的干擾；設(shè)備控制信號(hào)線(xiàn)鋪設(shè)不當(dāng)引入的干擾；多種用電設(shè)備接地不當(dāng)導(dǎo)致的信號(hào)干擾和PLC系統(tǒng)內(nèi)部元器件電磁兼容相互影響所導(dǎo)致的信號(hào)干擾。

2 PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施

2.1 PLC控制系統(tǒng)的選擇

首先PLC控制系統(tǒng)要選擇可靠性能高、使用操作及后期維護(hù)方便，抗干擾性能較好，易于擴(kuò)容的PLC控制系統(tǒng)。PLC機(jī)型、容量、I /O 模塊、電源等單元的選擇要根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備（如按紐、位置開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及各種傳感器等）和輸出設(shè)備（ 如接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備，以確定PLC的I /O點(diǎn)數(shù)。

2.2 使用隔離性能好的穩(wěn)壓電源提高系統(tǒng)的隔離能力

PLC控制系統(tǒng)的電源侵入干擾是一種較為常見(jiàn)的干擾，在PLC的交流電源輸入端配置UPS不間斷電源，因UPS電源自帶的穩(wěn)壓、濾波和整流功能模塊以及輸入、輸出電源的隔離可以有效防止電網(wǎng)波動(dòng)和異常雜波帶來(lái)的外部干擾，提高系統(tǒng)隔離能力，保證PLC前端供電的安全可靠。

由于PLC控制系統(tǒng)的輸入供電源有一部分是有直接的電氣連接造成干擾，還有變送器供電的電源引起的干擾，對(duì)于這種干擾選用性能較好的直流穩(wěn)壓電源提供直流24V供給輸入端，必要時(shí)在信號(hào)輸入端采取一些隔離措施，包括使用分布參數(shù)大的隔離變壓器，利用多次隔離技術(shù)和屏蔽漏感技術(shù)形成抑制帶大而分布電容很小的配電器用于共用信號(hào)儀表和變送器，從而盡可能減少PLC控制系統(tǒng)的干擾。

2.3 良好的接地系統(tǒng)

控制系統(tǒng)電氣設(shè)備接地的目的通常有兩個(gè)：

（1）為了設(shè)備使用安全；

（2）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(xiàn)包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地點(diǎn)使用不當(dāng)會(huì)在不同接地點(diǎn)間產(chǎn)生接地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。

2.3.1 安全接地

將電源線(xiàn)接地端和柜體連線(xiàn)接地為安全接地。如電源漏電或柜體帶電，可從安全接地導(dǎo)入地下，不會(huì)對(duì)人造成傷害。

2.3.2 系統(tǒng)接地

將PLC 設(shè)備系統(tǒng)地和控制柜內(nèi)開(kāi)關(guān)電源負(fù)端接在一起，保證PLC 控制器與所控的各個(gè)設(shè)備同電位的接地方法叫系統(tǒng)接地。接地電阻值不大于4Ω。

2.3.3 信號(hào)與屏蔽接地

模擬信號(hào)一般都采用屏蔽電纜來(lái)提高信號(hào)傳輸過(guò)程中信號(hào)的抗干擾能力，信號(hào)線(xiàn)必須要有唯一的參考地，屏蔽電纜遇到有可能產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾的場(chǎng)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(hào)源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號(hào)側(cè)接地；不接地時(shí)，應(yīng)在PLC 側(cè)接地；信號(hào)線(xiàn)中間有接頭時(shí)，屏蔽層應(yīng)牢固連接并上錫后進(jìn)行絕緣處理，一定要避免多點(diǎn)接地；多個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)的屏蔽雙絞線(xiàn)與多芯對(duì)絞總屏蔽電纜連接時(shí)，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(diǎn)接點(diǎn)。

2.4 電纜的選擇與鋪設(shè)

不同類(lèi)型的信號(hào)分別采用不同電纜傳輸，信號(hào)電纜應(yīng)按傳輸信號(hào)種類(lèi)分層鋪設(shè)，嚴(yán)禁用同一電纜的不同導(dǎo)線(xiàn)同時(shí)傳送動(dòng)力電源和信號(hào)；避免信號(hào)線(xiàn)與動(dòng)力電纜靠近平行鋪設(shè)，以減少電磁干擾。動(dòng)力線(xiàn)、控制線(xiàn)以及PLC 的電源線(xiàn)和I/O 線(xiàn)應(yīng)分別配線(xiàn)。將PLC 的IO 線(xiàn)和大功率線(xiàn)分開(kāi)走線(xiàn)，如必須在同一線(xiàn)槽內(nèi)，應(yīng)分開(kāi)捆扎，若條件允許，分槽走線(xiàn)最好，這不僅能使其有盡可能大的空間距離，還可利用線(xiàn)槽的屏蔽功能將干擾降到最低限度。PLC 的輸入與輸出最好分開(kāi)走線(xiàn)，開(kāi)關(guān)量與模擬量也要分開(kāi)敷設(shè)。模擬量信號(hào)的傳送應(yīng)采用屏蔽線(xiàn)，屏蔽層應(yīng)一端接地，接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10。PLC 的布線(xiàn)盡量遠(yuǎn)離高壓線(xiàn)和動(dòng)力線(xiàn)，避免并行。

2.5 硬件安裝的抗干擾措施

信號(hào)在接入PLC 前，在信號(hào)線(xiàn)與地間并接電容，以減少共模干擾；在信號(hào)兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。PLC 應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源如電焊機(jī)、大功率硅整流裝置和大型動(dòng)力設(shè)備，不能與高壓電器安裝在同一個(gè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)。在柜內(nèi)PLC 應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線(xiàn)。PLC 控制系統(tǒng)輸出端口的抗干擾措施如果PLC控制系統(tǒng)的輸出量變化不多，則應(yīng)該選用繼電器型輸出模塊這種輸出模塊接觸點(diǎn)的工作電壓范圍較為寬泛，能夠承受較強(qiáng)的瞬時(shí)過(guò)電壓和瞬時(shí)過(guò)電流。

2.6 從軟件設(shè)計(jì)方面提高系統(tǒng)抗干擾能力

PLC控制系統(tǒng)每完成一次循環(huán)的各個(gè)步驟所使用的時(shí)間都是固定不變的，行程開(kāi)關(guān)或者其他的敏感元件與對(duì)應(yīng)的步驟都是在同一時(shí)間發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)。根據(jù)PLC的這一特征，可以采用內(nèi)部定時(shí)器，限定PLC控制系統(tǒng)只在行程開(kāi)關(guān)或光電開(kāi)關(guān)正常發(fā)出信號(hào)的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行采樣，這樣就可以對(duì)其他時(shí)間發(fā)出的干擾信號(hào)進(jìn)行有效屏蔽。此外，還可以利用PLC控制系統(tǒng)的定時(shí)器或者內(nèi)部計(jì)數(shù)器，設(shè)計(jì)相應(yīng)的程序，將輸入元件的錯(cuò)誤信號(hào)進(jìn)行屏蔽，這樣輸出元件就不會(huì)發(fā)出錯(cuò)誤動(dòng)作，從而也提高了PLC控制系統(tǒng)的抗干擾性。

3 結(jié)束語(yǔ)

PLC 控制系統(tǒng)中的抗干擾設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，在分析PLC控制系統(tǒng)各種干擾源的基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)的抗干擾措施，從而減少甚至杜絕對(duì)于PLC控制系統(tǒng)的干擾，盡量提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力，合理有效地抗干擾，才能使PLC 控制系統(tǒng)正常工作。

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作者單位

中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院 北京市 100074