PLC系統(tǒng)的抗干擾措施

PLC系統(tǒng)的抗干擾措施

可編程控制器是專門為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)和制造過程中廠家采取了多層次抗干擾措施，使系統(tǒng)能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強(qiáng)電設(shè)備一起工作。運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性很高，PLC整機(jī)平均無故障工作時(shí)間高達(dá)幾萬小時(shí)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能也越來越強(qiáng)，使用越來越方便，因此在工業(yè)控制系統(tǒng)中使用日益廣泛。但是，整機(jī)的可靠性高只是保證系統(tǒng)可靠工作的前提，還必須在設(shè)計(jì)和安裝PLC系統(tǒng)過程中采用相應(yīng)的措施，才能保證系統(tǒng)可靠工作。本文主要論述在設(shè)計(jì)和安裝PLC系統(tǒng)過程中的干擾措施。

二 PLC系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)

可編程控制器硬件系統(tǒng)由PLC主機(jī)、功能I/O單元和外部設(shè)備組成,如圖1所示。其中PLC主機(jī)由CPU、存儲(chǔ)器、基本I/O模塊、I/O擴(kuò)展接口、外設(shè)接口和電源等部分組成，各部分之間由內(nèi)部系統(tǒng)總線連接。

三 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的抗干擾措施

3.1 硬件措施

（1） 屏蔽:對(duì)電源變壓器、中央處理器、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁性良好的材料進(jìn)行屏蔽處理，以防止外界干擾信號(hào)的影響。

（2） 濾波:對(duì)供電系統(tǒng)計(jì)輸入線路采用多種形式的濾波處理，以消除和抑制高頻干擾信號(hào)，也削弱了個(gè)模塊間的相互影響。

（3） 電源調(diào)整與保護(hù):電源波動(dòng)造成電壓畸變或毛刺，將對(duì)PLC及I/O模塊產(chǎn)生不良影響。對(duì)微處理器核心部件所需要的＋5V電源采用多級(jí)濾波處理，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過電壓、欠電壓的影響。盡量時(shí)電源線平行走線，時(shí)電源線對(duì)地呈低阻抗，以減少電源噪聲干擾。其屏蔽層接地方式不同，對(duì)干擾抑制效果不一樣，一般次級(jí)線圈不能接地。輸入、輸出線應(yīng)用雙絞線且屏蔽層應(yīng)可靠接地，以抑制共摸干擾。

（4） 隔離:在微處理器與I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地把他們各離開來，以防外部的干擾信號(hào)及地線環(huán)路中產(chǎn)生的噪聲電信號(hào)通過公共地線進(jìn)入PLC本機(jī)，從而影響其正常工作。

（5） 采用模塊式結(jié)構(gòu):這種結(jié)構(gòu)有助于在故障發(fā)生時(shí)進(jìn)行短時(shí)期修復(fù)，一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，可迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作，同時(shí)也有助于加速查找系統(tǒng)故障的原因。

3.2 軟件措施

為了提高輸入信號(hào)的信噪比，常采用軟件數(shù)字濾波來提高有用信號(hào)真實(shí)性。對(duì)于有大幅度隨機(jī)干擾的系統(tǒng)，采用程序限幅法，即連續(xù)采樣5次，若某一次采樣支援遠(yuǎn)大于其他幾次采樣的幅值，那么就舍取之。對(duì)于流量、壓力、液面、位移等參數(shù)，往往在一定范圍內(nèi)頻繁波動(dòng)，則采用算術(shù)平均法。即用n次采樣的平均值來代替當(dāng)前值。一般認(rèn)為:流量n=12，壓力n=4最合適。

（1） 故障診斷:系統(tǒng)軟件定期地檢測(cè)外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強(qiáng)干擾信號(hào)等，以便及時(shí)反映和處理。

（2） 信號(hào)保護(hù)和恢復(fù):當(dāng)偶爾性故障發(fā)生時(shí)，不破壞PLC內(nèi)部的信息，一旦故障現(xiàn)象消失，就可以恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的工作。

（3） 設(shè)置警戒時(shí)鐘WDT:如果程序循環(huán)掃描執(zhí)行時(shí)間超過了WDT規(guī)定的時(shí)間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報(bào)警。

（4） 加強(qiáng)對(duì)程序的檢查和校驗(yàn):一旦程序有錯(cuò)，立即報(bào)警，并停止執(zhí)行程序。

（5） 對(duì)程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備:當(dāng)停電時(shí)利用后備電池供電，保持有關(guān)信息和狀態(tài)數(shù)據(jù)不丟失。

四 PLC系統(tǒng)安裝時(shí)的抗干擾措施

PLC各部分的組成和系統(tǒng)連接及裝配方法必須嚴(yán)格按照說明書上安裝要求進(jìn)行，這一點(diǎn)非常重要，是保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行的基本條件。

4.1 電源接線和地線接線

要合理布置電源線，強(qiáng)電與弱電要嚴(yán)格分開，且弱電電源線要盡量加。

接地在消除干擾上起很大的作用。交流地是PLC控制系統(tǒng)供電所必需的，它通過變壓器中心點(diǎn)構(gòu)成供電兩條回路之一。這條會(huì)路上的電流、各種諧波電流等是個(gè)嚴(yán)重的干擾元。因此交流地線、直流地線、模擬地和數(shù)字地等必須分開。數(shù)字地和模擬地的共點(diǎn)地最好置懸浮方式。地線各點(diǎn)之間的電位差盡可能小，盡量加粗地線，有條件可采用環(huán)形地線。

系統(tǒng)地端子（LG）是抗干擾的中性端子，通常不需要接地，可是，當(dāng)電磁干擾比較嚴(yán)重時(shí)，這個(gè)端子需與接大地的端子（GR）連接。為防止電流沖擊，應(yīng)使用截面積大于2mm2的14＃專用接地線將GR端與大地相接，接地電阻應(yīng)小于100Ω，接地長度小于20m。

4.2 輸出端子的接線

（1） 當(dāng)幾個(gè)外部設(shè)備連接帶一個(gè)電源上時(shí)，應(yīng)使用短接片將其輸出端子對(duì)應(yīng)的公共端子短接。輸出端可以使用不同的電壓，這時(shí)其對(duì)應(yīng)的公共端應(yīng)分別接入不同的電壓源。

（2）交流輸出線與直流輸出線不能使用同一根電纜。輸出線應(yīng)遠(yuǎn)離高壓線核動(dòng)力線，且不得并行。不得將外部設(shè)備連接到帶“·”的輸出端上。

（3） 輸出回路中應(yīng)有熔斷器保護(hù)PLC的輸出元件。流入輸出端子的最大電流不應(yīng)超過PLC的允許值，否則必須外接接觸器或繼電器。同樣，若負(fù)載電流低于規(guī)定的最小值時(shí)，應(yīng)并聯(lián)一個(gè)阻容吸收電路，如圖2所示。電阻取50Ω，電容取0.1μf。

（4） 電感性負(fù)載斷電時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)電路接通時(shí)，起觸點(diǎn)處將產(chǎn)生電弧，嚴(yán)重時(shí)，發(fā)生觸點(diǎn)燒結(jié)。因此要在電感線圈上并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管。如圖3所示。

4.3 電纜的敷設(shè)

當(dāng)動(dòng)力電纜超過10A/400V或20A/220V，若要求與輸入輸出電纜并行放置，那么在兩者之間至少相隔300 mm。

如果將它們放在一個(gè)槽內(nèi)時(shí)，它們之間必須間隔100 mm以上，且一定要用接地的金屬屏蔽起來。

特別注意的是PLC的基本單元與擴(kuò)展單元之間的電纜是傳送電壓低的高頻信號(hào)，很易受到干擾，因此，不能將它與其他電纜設(shè)在同一管道內(nèi)。另外，使用的電纜應(yīng)是截面積小于1.5mm2的屏蔽電纜。最好使用電纜管敷設(shè)電纜。使用排線槽時(shí)。長度瑤足以包含全部的輸入輸出連線，并與其它電纜分開。

把輸入線絞合，絞合的雙絞線能降低共膜干擾，由于改變了導(dǎo)線電磁感應(yīng)的方向，從而使其感應(yīng)相互抵消。如圖4所示。

信號(hào)采集是模擬線路時(shí)導(dǎo)線可捆扎在一起。數(shù)據(jù)線和脈沖線不能接近或捆扎在一起。否則數(shù)據(jù)線上全“1”時(shí)，在脈沖線上造成干擾，反之亦然。

使用屏蔽線作輸入線，只需一端接地。若兩端接地，由于接地電位差在屏蔽層內(nèi)會(huì)流過電流而長生干擾。為了泄放高頻干擾，數(shù)字信號(hào)線的屏蔽層應(yīng)并聯(lián)電位均衡線，其電阻應(yīng)小于屏蔽電阻的十分之一，并將屏蔽層兩端接地，若考慮抑制低頻干擾也可一端接地。

五 結(jié)束語

PLC應(yīng)用系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣，周圍有各種各樣的干擾，盡管PLC本機(jī)的可靠度很高。但是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝時(shí)，仍必須對(duì)環(huán)境作全面的分析，確定干擾的性質(zhì)，采取相應(yīng)的抗干擾措施，以保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定的工作