如何解決PLC控制系統(tǒng)中的電磁干擾

1. 概述

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)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，系統(tǒng)的干擾能力是關(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，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和各種電機(jī)設(shè)備上，它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，設(shè)計(jì)人員只有預(yù)先了解到各種干擾才能有效保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

2. 電磁干擾源及對(duì)系統(tǒng)的干擾

影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源于一般影響工業(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(dòng)的部位就是噪聲源，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、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，主要是由電網(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)電壓所加形成。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)換成共模電壓，直接影響測(cè)控信號(hào)，造成元器件壞，這種共模干擾可為直流、亦可謂交流。共模干擾是指用于信號(hào)兩級(jí)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。

3 PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來(lái)源有哪些呢?

1) 來(lái)自空間的輻射干擾

空間的輻射電磁場(chǎng)主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過(guò)程、雷電、無(wú)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)置于所設(shè)頻場(chǎng)內(nèi)，就回收到輻射干擾，其影響主要通過(guò)兩條路勁，一是直接對(duì)PLC內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾，而是對(duì)PLC通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輻射，出通信線路的感應(yīng)引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所產(chǎn)生的電磁干場(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局部屏蔽及高壓瀉放元件進(jìn)行保護(hù)。

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)教嚴(yán)重。

3) 來(lái)自電源的干擾

實(shí)踐證明，因電源引入的干擾造成控制系統(tǒng)故障的情況很多，在，工程調(diào)式中遇到過(guò)，后更換隔離性能較高的PLC電源。問(wèn)題才能得到解決。

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，尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，開(kāi)關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備啟停、交直流轉(zhuǎn)動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過(guò)社電線路到電源邊PLC電源通常采用隔離電源，但其結(jié)構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實(shí)際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，絕對(duì)隔離室不可能的。

4) 來(lái)自接地系統(tǒng)混亂時(shí)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)有外部干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾，而錯(cuò)誤的接地，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使PLC控制系統(tǒng)將無(wú)法正常工作。Plc控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等、接地系統(tǒng)混亂對(duì)PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)點(diǎn)位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作，例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端都接地，就存在地電位差，有電流流過(guò)地電位差，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)加雷擊時(shí)，地線電流將更大。

此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合回路，在變化磁場(chǎng)的作用下，屏蔽層內(nèi)有會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過(guò)屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號(hào)回路。若系統(tǒng)地與其他接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流可能在地線上產(chǎn)生不等點(diǎn)位分布，影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓干擾容縣較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)，模擬地電位的分布將導(dǎo)致測(cè)量精度下降引起對(duì)信號(hào)測(cè)控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作。

5) 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?chē)?yán)重的。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起信號(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。

6) 來(lái)自PLC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，如邏輯電路互輻射及其對(duì)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香花不匹配使用等。這部屬于plc制造廠對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)的內(nèi)容，比較復(fù)雜，作為應(yīng)用部門(mén)事無(wú)法改變，可不必過(guò)多考慮，但要選擇具有較多應(yīng)用實(shí)績(jī)或經(jīng)過(guò)考驗(yàn)的系統(tǒng)。

4系統(tǒng)受干擾時(shí)，常會(huì)遇到以下幾種主要干擾現(xiàn)象：

1) 系統(tǒng)發(fā)指令時(shí)，電機(jī)無(wú)規(guī)則地轉(zhuǎn)動(dòng);

2) 信號(hào)等于零時(shí)，數(shù)字顯示表數(shù)值亂跳;

3) 傳感器工作時(shí)，PLC采集過(guò)來(lái)的信號(hào)與實(shí)際參數(shù)所對(duì)應(yīng)得信號(hào)值不吻合，且誤差值是隨機(jī)的，無(wú)規(guī)律的;

4) 與交流伺服系統(tǒng)共用同一電源工作不正常。

5怎么樣才能更好、更簡(jiǎn)單解決PLC系統(tǒng)干擾?

1) 理想狀態(tài)下是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、電源接地要更加合理等，，但是需要不同設(shè)備廠商共同協(xié)作才能完成，很難做到，而且成本較高。

2) 利用模擬信號(hào)隔離器，有稱作信號(hào)變送器、屬于信號(hào)調(diào)理的范疇其主要起抗干擾作用。正因?yàn)樗刑貏e強(qiáng)的抗干擾能力所以在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。尤其對(duì)與復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，控制程序越老越復(fù)雜。信號(hào)隔離器對(duì)各種模擬量信號(hào)進(jìn)行輸入、輸出、電源三端隔離，的確是當(dāng)今自動(dòng)化控制系統(tǒng)中抗干擾的有效措施之一。

6為什么解決PLC系統(tǒng)干擾首選信號(hào)隔離器呢?

1) 使用簡(jiǎn)單方便、可靠、成本低廉，可同時(shí)解決多種干擾。

2) 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)變得非常穩(wěn)定可靠。

信號(hào)隔離器工作原理是什么?

首先將PLC接受的信號(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。

現(xiàn)在市場(chǎng)有那么多品牌的隔離器，價(jià)格參差不齊，該怎么選擇呢?

隔離器位于二個(gè)系統(tǒng)通道之間，所以選擇隔離器首先要確定輸入輸出功能，同時(shí)要使隔離器輸入輸出模式(電壓型、電流型、環(huán)路供電型等)適應(yīng)前后端通道接口模式，此外尚有精度、功耗、噪音、絕緣強(qiáng)度、總線通訊等許多重要參數(shù)涉及產(chǎn)品性能，例如：噪音與精度有關(guān)、功耗能量與可靠性有關(guān)，這些需要使用者慎選?？傊囉?、可靠、產(chǎn)品性價(jià)比是選擇隔離器的主要原則。

工作原理：首先將半導(dǎo)體器件調(diào)制變換，然后通過(guò)光感或磁感器進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，然后再進(jìn)行解調(diào)回隔離前原信號(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。

一：保護(hù)下級(jí)的控制回路。

二：消弱環(huán)境噪聲對(duì)測(cè)試電路的影響。

三：抑制公共接地、變頻器、電磁閥PLC/DCS輸入輸出及通訊接口的忠實(shí)防護(hù)。

標(biāo)準(zhǔn)系列導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，易于安裝，可有效的隔離;輸入、輸出和電磁閥及大地之間的電位，能克服變頻器噪聲級(jí)各種高低頻脈動(dòng)干擾。

信號(hào)隔離器的主要類型有哪些?

1) 隔離器

工業(yè)生產(chǎn)中為增加儀表負(fù)載能力并保證連接同一信號(hào)的儀表之間互不干擾，提高提高電氣安裝性能。需要將輸入的電壓、電流或頻頻率、電阻等信號(hào)進(jìn)行采集、放大、運(yùn)算、和進(jìn)行抗干擾處理后，再輸出隔離的電流和電壓信號(hào)，安全的送給二次儀表和PLC/DCS使用。

2) 配電器

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)一般需要采用兩線制傳輸方式，既要為變送器等一次儀表提供24V配電電源，同時(shí)又要對(duì)輸入的電流信號(hào)進(jìn)行采集、放大、運(yùn)算、和進(jìn)行抗干擾處理后，再輸出隔離的電流信號(hào)和電壓信號(hào)，供后面的二次儀表或其它儀表使用。

3) 安全柵

一些特殊的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不但需要兩線制傳輸，既要提供配電電源又有信號(hào)隔離功能，同時(shí)還需要具有安全火花防爆的性能，可靠地遏制電源功率、防止電源、信號(hào)及地之間的點(diǎn)火，限流、降壓雙重限制信號(hào)及電源回路，把進(jìn)入危險(xiǎn)場(chǎng)所的能量限制在安全定額范圍內(nèi)。

信號(hào)隔離器安裝維護(hù)應(yīng)注意哪些事項(xiàng)?

由于生產(chǎn)廠家不同，對(duì)隔離器的生產(chǎn)工藝、接線定義也不都相同，但使用場(chǎng)合基本相同，所以對(duì)產(chǎn)品的防護(hù)要求及維護(hù)基本相同。

1. 使用前應(yīng)詳細(xì)閱讀說(shuō)明書(shū)。

2. 作為信號(hào)隔離使用時(shí)，應(yīng)將輸入端串入環(huán)路電路中，輸出端接取樣回路。

3. 作為隔離配電使用時(shí)，應(yīng)將輸入端并入電源電路中，輸出端接變送器。

4. 若不正常工作應(yīng)先檢查接線是否正確，注意電源有無(wú)及極性發(fā)證。

為什么有時(shí)PLC接收到的現(xiàn)象信號(hào)誤差大且穩(wěn)定性差?

造成這種想象的原因很多，不同儀表信號(hào)參考點(diǎn)之間的電位差事重要因素。出于這個(gè)差造成儀表信號(hào)之間產(chǎn)生干擾電流，致使PLC誤差大且穩(wěn)定性差。所以不同設(shè)備、儀表的信號(hào)有一個(gè)共同的參考點(diǎn)是最佳狀況。隔離器使輸入/輸出電氣上完全隔離，在PLC上模擬接口板形成共同的參考點(diǎn)，達(dá)到理想裝抗問(wèn)題就解決了。

對(duì)4-20mA通道進(jìn)行隔離，而機(jī)柜里沒(méi)有設(shè)置電源的空間了。怎么辦?

一種無(wú)源信號(hào)隔離器，它能實(shí)現(xiàn)4-20mA信號(hào)隔離且無(wú)需外接電源。PH1033就是此類產(chǎn)品。

現(xiàn)在市場(chǎng)有那么多品牌的隔離器，價(jià)格慘差不齊，該怎么選擇呢?

隔離器位于二個(gè)系統(tǒng)通道之間，所以選擇隔離器首先要確定輸入輸出功能，同時(shí)要使隔離器輸入輸出模式適應(yīng)前后端通道接口模式，此外，尚有精度、功耗、噪音、絕緣強(qiáng)度、總線通訊功能等許多重要參數(shù)涉及產(chǎn)品性能，例如：噪音與精度有關(guān)、功耗能量與可靠性有關(guān)。這些需要使用者慎選?？傊?，適用、可靠、產(chǎn)品性價(jià)比是選擇隔離器的主要原則。

DCS接收到的現(xiàn)場(chǎng)二線制壓力變送器信號(hào)不穩(wěn)定，怎么解決?

二線制變送器在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中使用頻度較高，與其他工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相同，二線制變送器也存在受干擾及抗干擾的問(wèn)題。依據(jù)DCS模擬板接口模式選用功能不同的隔離配電器，原則上要求它既能給變送器提供隔離電源、保證每個(gè)變送器有一個(gè)獨(dú)立電源，又能將變送器信號(hào)隔離輸送到DCS。

PLC模擬板接口是二線回路供電方式的，而且需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離，怎樣選用產(chǎn)品呢?

二線回路供電方式是一種常見(jiàn)模擬板接口。與這個(gè)接口相適合的產(chǎn)品稱為二線制回路隔離系列產(chǎn)品。這種隔離變送器內(nèi)部的隔離器件均采用變壓器方式，一方面?zhèn)鬟f了信號(hào)，另一方面也將供電端的電能傳送到輸入部份，使輸入部分的各種電路能正常工作。例如ph2217等配電器產(chǎn)品等。

有幾種常用兩線制配電器?

常用的二線制隔離配電器有兩個(gè)系列品種可以選擇。兩個(gè)系列產(chǎn)品的共同點(diǎn)是均能通過(guò)外部供電電源經(jīng)隔離后給兩線制變送器提供一個(gè)獨(dú)立的隔離電源：變送器配電取決于現(xiàn)場(chǎng)所配PLC/DCS模擬電量。

安全柵的應(yīng)用

安全柵最初屬于電動(dòng)單元組合儀表的輔助單元，其主要用途是防爆系統(tǒng)的隔離裝置。安全柵將來(lái)自危險(xiǎn)區(qū)的信號(hào)經(jīng)隔離變送，輸出隔離的電流信號(hào)到安全區(qū)，安全柵應(yīng)用在本安防爆系統(tǒng)中，通過(guò)限流和限壓電路限制了送往現(xiàn)場(chǎng)回路的能量，從而防止非本安電路得危險(xiǎn)能量串入本安回路。安全柵廣泛應(yīng)用于石化等行業(yè)的DCS/PLC/PCS等自動(dòng)化系統(tǒng)中。

常見(jiàn)的安全柵按結(jié)構(gòu)形式可分為齊納式和隔離式

齊納式安全柵的應(yīng)用：

電路中采用快速熔斷器、限流電阻或限壓二極管以對(duì)輸入的電能量進(jìn)行限制，從而保證輸出到危險(xiǎn)區(qū)的能量。但因由于原理的缺陷使其應(yīng)用的可靠性受到影響，并限制了其應(yīng)用范圍，原因如下：

1、 安裝位置要有非?？煽康亟拥叵到y(tǒng)，齊納式安全柵的接地電阻必須小于1歐姆，否則便失去防保安全保護(hù)性能，顯然這樣的要求是十分苛刻并在工程應(yīng)用中很難保證。

2、 要求危險(xiǎn)區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)儀表必須是隔離型，否則通過(guò)齊納式安全柵的接地端子與大地想接后信號(hào)無(wú)法正確傳送，并且由于信號(hào)接地，直接降低信號(hào)抗干擾能力，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3、 齊納式安全柵對(duì)電源影響較大，同時(shí)也易因電源的波動(dòng)3而造成齊納式安全柵的損壞。

隔離式安全柵的應(yīng)用：

采取將輸入、輸出、電源之間相互電氣隔離的電路結(jié)構(gòu)，同時(shí)符合本安型限制能量的要求。

1、 采用了三方隔離方式，因此無(wú)需系統(tǒng)接地線路，給設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)極大方便。

2、 對(duì)危險(xiǎn)區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)儀表無(wú)需采用隔離式的儀表。

3、 信號(hào)線路無(wú)需共地，使得檢測(cè)和控制回路信號(hào)的穩(wěn)定性和抗干擾能力大大增強(qiáng)，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

4、 隔離式安全柵具備更強(qiáng)的輸入信號(hào)處理能力，能夠接受并處理熱電偶、熱電阻、頻率等信號(hào)，這是齊納式安全柵所無(wú)法做到的。

5、 隔離式安全柵可輸出兩路相互隔離的信號(hào)，以提供給使用同一信號(hào)源的兩臺(tái)設(shè)備使用，并保證兩設(shè)備信號(hào)不互相干擾，同時(shí)提高所連接設(shè)備相互之間的電氣安全絕緣性能。

因此，對(duì)齊納式和隔離式安全柵的特點(diǎn)和性能后可以看出，隔離式安全柵有著突出的優(yōu)點(diǎn)和更為廣泛用途，在要求較高的工程現(xiàn)場(chǎng)，幾乎無(wú)一例外地采用了隔離式安全柵作為主要本安防爆儀表，隔離式安全柵與逐漸取代了齊納式安全柵。