PLC干扰（共10篇）
PLC干扰 篇1
一、干扰源分析
1、PLC系统内部的干扰
主要由系统内部元件及电路间的相互电磁辐射产生, 如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响, 模拟地对逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。
2、导线相互藕合干扰
内部干扰源主要有线路中存在的容性元件引起的寄生振荡;设计时元件布局不合理, 选用的元器件质量较差, 致使内部信号相互窜扰;数字地、模拟地、系统地处理不当等。
3、空间干扰
空间干扰是指大气层发生的自然现象所引起的干扰以及来自宇宙的电磁波辐射干扰。
4、交变磁场干扰
在大功率电机、变压器及有大电流通过的电线, 周围都有较强的交变磁场。交变磁场可在场内的导体中产生感应电动势。
5、电源噪声干扰
在实际工作中, 大功率设备较多。这些设备启动停止时.会在50Hz的电源电压上产生一个高达上千伏的尖脉冲, 在电网中形成强电流干扰。
二、抗干扰措施
(一) 选择抗干扰性能好的设备
1、采用性能优良的电源, 抑制电网引入的干扰
在PLC控制系统中, 电源占有极重要的地位。对于变送器和共用仪表信号供电电源应选择分布电容小、抑制带大 (如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术) 的配电器, 以减少PLC系统的干扰。
2、外部配线抗干扰技术
(1) 电缆的选择和布置。选用屏蔽电缆, 严禁用同一电缆的不同导线同时传送电力电源和信号;避免信号线与动力电缆靠近平行铺设, 以减少电磁干扰。
(2) 输入、输出信号的抗干扰技术。当输入信号源为感性, 输出驱动的负载为感性元件时, 为防止电路断开时产生很高的感应电动势或浪涌电流, 对于直流电路, 应在它们两端并联续流二极管;对于交流电路, 应在它们两端并联浪涌吸收电路以避免与电感产生并联谐振。
3、电源干扰的抑制
PLC控制系统电源, 一般都是220V市电, 市电电网中大的感性负荷或可控硅装置的切投, 很容易造成电压缺口或毛刺。为防止此类干扰, 可以使用隔离变压器衰减高频干扰, 抑制从电源进线窜入的外来干扰信号。
(二) 硬件滤波及软件抗干扰措施
1、屏蔽干扰
(1) PLC机壳屏蔽。一般将机壳与电气拒悬空, 在PLC机壳底板上加装一块等位屏蔽板, 保护地与底板保持一点连接, 以构成等位屏蔽体。使用铜导线, 其截面积不少于l00mm2, 有效消除电磁场的干扰。
(2) 电缆屏蔽有一端和两端屏蔽接地。一般对载送小信号的模拟信号线, 将电气拒内电缆屏蔽体的一端连到屏蔽母体;对数字量信号线, 屏蔽不超出屏蔽母体;数字量信号线的电缆两端接地, 可保证较好地排除高频干扰。
2、光电隔离技术
PLC系统中有大量的开关量和脉冲量输入输出信号, 内部采用了光电隔离器、输出模块中的小型继电器和可控硅等元器件, 以实现对外部开关量信号的隔离.但是, 在现场生产过程中, 因为有诸多高电压电源电缆所产生的磁场存在, 尽管PLC输人线进行了信号屏蔽, 仍难消除掉共模和差模信号的干扰, 造成信号数据采集上的错误。为此, 在PLC的输入端与现场信号间加装了电量隔离器, 以阻断来白现场的开头量和磁场干扰信号。
3、接线安排抗干扰
在PLC系统中, 有许多不同功能的接线, 根据其功能, 其防干扰措施如下:
(1) 电力柜内的接线安排。带屏蔽的模拟量输入信号线与数字量信号线装在同一电缆槽内;只有带屏蔽的220V电源线才能与信号线装在同一槽内;电气拒内进出口的屏蔽一定要接地。
(2) 电气拒外的接线安排。直流和交流电压数字量信号线和模拟量信号线要用各自独立的屏蔽电缆;信号线电缆可与源电缆同装在一缆槽内, 但为改进抗噪性, 最好将它们间隔。
4、软件容错
(1) 延时确认:对于开关量输入, 可采用软件延时20ms, 对同一信号作两次或两次以上读入, 结果一致可确认输入有效。
(2) 封锁干扰:某些干扰是可以预知的, 例如PLC输出命令驱动大功率器件动作, 常常会伴随产生火花、电弧等干扰信号, 它们产生的干扰信号可能使PLC接收错误的信息。
(3) 软件滤波:对于模拟信号可以采取软件滤波措施, 目前大型的PLC编程大都支持SFC、结构化文本编程方式, 这可以很方便地编制比较复杂的程序, 完成相应的滤波功能。
三、结束语
PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题, 因此在设计安装中应综合考虑系统各方面的因素, 合理有效地抑制干扰。首先既要避免PLC因外部原因而造成损坏, 又要从硬件和软件上双重保险, 以防止PLC万一受到干扰而引的起重大设备事故;其次是要注意积累从事电器设备元件维修和管理的实践经验, 以便及时正确分析、判断、处理外部干扰的原因在工作中具体问题具体分析, 采取对症下药的方法, 以保障PLC控制系统的稳定运行。
参考文献
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[4]袁任光:《可编程序控制器应用技术与实例》, 华南理工大学出版杜, 1997年。
PLC应用系统的抗电磁干扰研究 篇2
【关键词】PLC；应用系统；抗电磁干扰；方法
引言
当前PLC在工业设备控制力使用的越来越多，由于当前电子技术的迅猛发展，PLC控制系统也更加精密和复杂，对于电磁干扰的影响也越来越大，因为大部分PLC应用系统安装对于生产现场以及机电设备，处于强电设备所构成的恶劣电磁环境，都会对PLC的正常运转造成影响，进而也会对企业的经济运转以及安全生产造成影响。所以，对于PLC应用个系统的安装设计过程里，一定要针对PLC应用系统的电磁兼容性进行正确的分析，从而提升系统的抗干扰性能。
一、PLC的应用特征
1、较强的可靠性以及抗干扰力
对于电器设备來讲，可靠性十分关键。PLC是由于采用了目前较大规模的集成电路技术及十分严谨的生产工艺，令内部电路可以应用到技术含量较高的抗干扰技术，使得可靠性较强，内部电路采用了先进的抗干扰技术使并具有较强的可塑型。透过可靠性较高。而且，PLC具有硬件故障自行检测能力，一旦发生故障便可即刻提供警报信息。面对应用软件，应用人员可以在自我检查的程序里，为PLC、电路乃至设备获得故障自检的保障。
2、配套齐全，功能完善，适用性强
PLC进行到现在，已经具有不同的规模，能够使用在各类规模的工业控制场所。不仅需要进行逻辑处理规模的系列产品，能够使用在各自不同规模的场地。不但逻辑性非常高，而且逻辑处理能力也十分强大，PLC大多数都具有完善数据的运算功能，可以应用在各自数字控制范畴。由于大批量的生产，使得PLC逐渐进入到位置控制、温度掌控以及CNC等种类不同的工业控制中。而且PLC通信能力的提升以及人机界面技术的发展，使用PLC控制系统成为非常普遍的现象。
3、善学善用，被工程技术人员厚爱
PLC的接口简便，编程语言引起了工程技术人员的关注。通过梯形图作为符号并且作为表现形式、继电器电路图非常贴切，使得不懂得电子电路、计算机原理和编程语言的人用于掌控工业更加便利。
4、设计中的系统工作量少、利于维护、容易改造
PLC经由储藏方式去除界限逻辑，明显压低了控制设施的外部接线，大大的降低了控制系统设计周期，并且在平时的维护当中也非常容易，更关键的是令透过转变程序而改变生产过程变成可能。这尤为符合品种不同且生产生产量低的状况。
二、PLC应用系统的干扰源
1、电源干扰
电源干扰是透过电源线进入PLC的，是传导干扰。PLC系统能否获得正常的电源完全依靠电网如何供电。这是因为电网的覆盖率较广，能够被一切空间中的电磁所影响，并且可以在线路上形成电压。特别是电网进行的内部调整，都透过输电线路传输到电源。由于电源引进的干扰使得PLC控制系统故障的状况经常发生。PLC电源因为自身工艺原因而令隔离性较差。也可以说，因为分布参数尤其是分布电容的出现，使得绝对隔离变得不现实。
2、信号线引入干扰
因为连接PLC的输入和输出信号线以及控制线非常多，并且分布范围较广，信号线里包含直流、交流、模拟量以及开关量等不同的信号传输，更容易被电磁信号的耦合侵入。并且，相同电缆里的不同信号线上的干扰信号同有效信号相互间的叠加和作用，通常会对PLC的I/O模块形成破坏性的影响。
3、地线干扰
PLC应用系统在地线方面具有系统地、屏蔽地、保护地和交流地。地线对于PLC控制系统十分关键，在实际使用当中，因为涉及和安装的不到位，通常令接地系统产生漏洞。
地线干扰的构成主要是由于不良接地或者接地系统紊乱，令所有接地点相互间具有电位差，进而引发地环路电流。电缆屏蔽层、接地线以及大地之间或许形成闭合线路，在各类电磁场的影响下，在屏蔽层里感应电流，从而同信号线相互间出现耦合出现干扰。并且，PLC系统在内部工作逻辑电压影响的容限非常低，逻辑地的影响和促成PLC的逻辑程序和运算数据产生错误，形成CPU当机或者程序出现问题。模拟地上的干扰就会出现测量精度降低，出现信号测控的失真以及错误动作。
4、PLC系统内部干扰
控制柜中的高压电器，大多为电感性负载，哪怕布线混乱都会造成PLC的一些干扰。最关键的是因为系统中的元器件和电路之间的电磁辐射所影响，就好像逻辑电路相互间的辐射，而且买你对模拟电路的作用下，模拟地以及逻辑地二者间的作用和元器件之间不匹配应用，都是PLC制造厂商在系统内部使用电磁兼容设计的方法，过于繁琐，身为应用部门是无法转变的，可以不用过多思考，可是需要选择较多应用实际或者经验考量的系统。
三、抑制电磁干扰的主要措施
1、电源的抗干扰设计
电源的干扰大多是因为经由供电线路的阻抗耦合所形成，只要PLC使用交流电量，对干扰强或者具有较强可靠性的场地，能够在PLC的交流电源的输入口设置接待屏蔽层的隔离变压器，以及低通滤波器，来组织共模干扰电流。面对初级以及耳机绕组之间设置的屏蔽层，将二者一同接地，可以提高高频作用的能力。隔离变压器在一次侧以及二次侧的连接线上使用了双绞线线不断提升抗干扰功能。
并且，为了提升非常安全的用电，可以运用在线式连续供电电源进行供电。UPS具有非常强的干扰隔离作用。对PLC的应用程序的电源来讲非常理想。
2、输入与输出的抗干扰设计
（1）输入、输出经过负载时，以防反电动势破坏模块，对交流信号输入、输出的并联浪涌吸收器以及压敏电阻，只要和输入信号进行并联的感性负荷超过限定就采用继电器进行中转。（2）PLC在输出负载的过程里，也会造成干扰，要透过某些方式进行控制，只要在直流输出口采取电路保护，交流输出口接阻容吸收电路或压敏电阻，晶体管和双向晶闸管出口就会接旁路电阻保护。控制器的接触点开关量的输出处，要采取抗干扰方法进行管制。（3）为了预防外界噪音对PLC应用系统造成影响，最好就是引入光耦合器进行管理。广电耦合器通过输入口的发光元件和输出口的受光元件结合而成，通过光进行信息的传递，让输入及输出可以在电气上真正隔离。
3、滤波及软件抗干扰措施
信号在进入PLC以前，对于信号线和地间并接电容而言，降低共模影响，在信号两级之间设置滤波器能够有效改善干扰程度。而且，对于PLC应用系统在软件设计方面所应用的数字滤波技术，将模拟量的信号透过A/D转变之后成为离散的数字量信号，之后将数据输入到PLC内，经由数字滤波程序二次处理，将噪音信号过滤掉，获得所需的有利信号进行系统控制。
结束语
当前PLC的进步空间还很大，还可以开发出更多的产品种类，并且将规格进一步完善，只有具备更加高超的人机界面以及通信设备，才能够更加符合各类工业控制场合的标准，PLC作为自动化控制网络以及通用网络里的重要组成成分，能够在工业控制范畴里做出更多的贡献。
参考文献
[1]田媛.PLC先进控制策略研究与应用[D].北京化工大学，2005.
[2]陈玲，石峰.PLC系统抗干扰技术[A].冶金企业自动化、信息化与创新——全国冶金自动化信息网建网30周年论文集[C].2007.
PLC系统电磁干扰的抑制 篇3
随着现代自动化技术的普及以及PLC产品的成熟, 越来越多的工厂开始使用PLC作为工业控制的核心控制器。同其他电气控制系统一样, PLC控制系统的稳定运行同样受很多外部因素的制约, 包括安装不当、环境恶劣以及电磁干扰等。其中电磁干扰对PLC控制系统的稳定运行会产生很大影响。介绍PLC控制系统中电磁干扰产生的原因以及处理方法。
1 电磁干扰原理及产生
1.1 电磁干扰原理
电磁场是电场和磁场的统一体的总称。通电导线周围形成磁场, 随时间变化的磁场产生电场。正是电场跟磁场这种相互转化的能力使得电路中的能量得以辐射传递, 形成电磁干扰。电磁场由变化的电流产生, 然后电磁场会以光速向四周传播, 形成电磁波。同时电磁场的能量也通过电磁波向周围传播。通过电磁感应现象, 周围的导电回路接收了变化磁场的能量形成电动势, 从而形成感应电流而影响系统的稳定运行。
1.2 电磁干扰的产生
由电磁干扰产生原理可知, 控制系统的电磁干扰主要是因为电流或电压剧烈变化而产生, 这些电荷剧烈移动的部位就形成噪声源。根据传播方式的不同, 电磁干扰主要分为两种:传导干扰和辐射干扰。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合到另一个电网络, 传导干扰的形成必须在干扰源和被干扰对象之间有完整的电路连接, 干扰信号沿着这个电路传递到干扰对象。辐射干扰是指干扰源通过空间将信号耦合到另一个电网络。
在PLC控制系统中的电磁干扰一般是辐射干扰与传导干扰相互结合的。电磁干扰产生如图1所示, 首先动力线A点电流的急剧变化引起电源线周围磁场的急剧变化, 通过电磁感应对信号线B点电流产生影响, 又通过信号线的传导使干扰信号传导到信号线C点的被干扰对象。信号干扰会引起I/O信号状态异常以及工作性能降低, 严重时将引起电器元件的损坏。对于PLC控制系统, 信号线路产生感应电压形成干扰会造成I/O模件以及PLC控制器的损坏, 后果相当严重, 由此引起的系统故障也很多。
2 常见电磁干扰以及抑制方法
在PLC电气控制系统中的电磁干扰跟其他控制系统一样也是各种干扰源相互交织影响的, 有时并不能通过对一个线路的改造而彻底解决。但是通过合理规避, 还是能大大抑制电磁干扰对PLC控制系统的影响。
2.1 合理的布线设计
对于电磁干扰, 可以从干扰源的产生以及传导整个过程进行控制, 所以在电气设计与选型之初就要整体考虑电气系统的电磁兼容性。动力电缆与信号电缆之间必须保持一定距离, 不能长距离平行走线, 防止电磁感应现象的发生。当动力电缆与信号电缆必须交叉时尽量使两电缆成90°直角走线, 避免产生电磁干扰。
2.2 可靠的接地系统与隔离
在PLC控制系统中, 主要干扰对象 (敏感源) 一般是直流控制系统中的IO模块以及仪表信号等弱电部分。但是动力电源的扰动却可以通过直流电源或者公共参考端传导到控制系统, 因此在PLC控制系统中采用性能优良的电源非常重要, 尽量使用有隔离作用的直流电源, 它能抑制电网引入的扰动对PLC系统的影响。电磁干扰中, 传导干扰的传输途径主要有信号线回路、0V直流公共端、公共阻抗以及公共接地端等公共导电线。正确可靠的接地点、完善的接地系统能有效抑制此类电磁干扰对控制系统的影响。PLC控制系统应采用一点接地或串联一点接地方式, 集中布置的PLC系统可使用并联一点接地的方式, 即将各PLC控制柜柜体接地端以单独的接地线连接至接地极。如果PLC控制柜间距较大, 应采用串联一点接地方式, 即用一根大截面绝缘电缆连接各PLC控制柜柜体的接地端, 然后将绝缘电缆接地母线连接至接地极。接地线应采用截面大于22mm2的铜导线, 总母线使用截面大于60mm2的铜排。PLC接地极的接地电阻应小于2Ω, 接地极最好埋在距建筑物10~15m处。设备与PLC接地单独做接地点, PLC系统接地点必须与强电设备接地点相距10m以上。
2.3 选择使用屏蔽电缆
选择合适的屏蔽电缆能降低电磁感应现象对信号线信号的影响。屏蔽电缆使用时应注意始终将电缆屏蔽层的两端连接到接地系统, 如果仅将屏蔽层的一端 (即电缆的始端或末端) 接地, 则干扰衰减仅局限于较低的频率范围。单侧屏蔽连接更合适的情形:不允许安装等电位连接导体;传送模拟量信号的场合;使用了金属箔屏蔽层 (静电屏蔽) 。
2.4 变频驱动的干扰
在PLC控制系统中, 变频器的应用很普遍, 变频器中大量使用了晶体管等非线性的电力电子元件, 所以对变频器的电磁干扰抑制尤为重要。对于与变频器相连接的IO信号线路, 尽量采用光电耦合隔离器件, 既能断开干扰的传输路径又能将信号准确传输;在变频器的输入输出端添加EMI滤波器, 对开关电源产生的高频电磁干扰能有较好的抑制作用;变频器的辐射干扰严重, 金属隔离式电磁屏蔽对于抑制电磁干扰非常有效;此外, 变频器可靠的接地能有效抑制变频本身对外界的影响。
3 结语
电磁干扰的复杂性以及相互影响性, 使得独立地解决干扰问题非常困难, 只有在设计之初就综合考虑各方面的因素, 才能有效地抑制电磁干扰的发生。
摘要：介绍电磁干扰的分类与性质, 分析PLC控制系统电磁干扰产生的原因, 并提出抑制方法。
关键词：PLC控制系统,电磁干扰,接地系统,变频器
参考文献
[1]华成英, 童诗白.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社, 2006
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[5]杨克俊.电磁兼容原理与设计技术[M].北京:人民邮电出版社, 2004
PLC干扰 篇4
【关键词】PLC；干扰；措施；方法
1.干扰因素
1.1 空间辐射
空间的辐射电磁场（EMI）主要由电力系统、广电通信、雷电、高频感应加热设备、大型整流设备等产生的空间辐射电磁场。其影响主要通过两条途径：一是对PLC通讯网络的辐射，由通讯线路的感应引入干扰；二是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰。若此时PLC置于其辐射场内，其信号、数据线和电源线即可充当天线接受辐射干扰。此种干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场的大小，特别是与频率有关。
1.2 引线干扰
引线干扰是一种传导干扰，一般有电源线引入的干扰和信号线路造成的干扰。
1.2.1 源自电源的干扰
PLC系统的运行通常由电网供给。由于电网覆盖面广，PLC系统受到空间电磁干扰，在线路上产生高频谐波干扰。尤其是在断开电网中的感性负载时产生的瞬时电压峰值是额定值的几十倍，产生的脉冲功率可能损坏PLC半导体器件，而且产生的谐波可以通过半导体线路中的电容、电阻等入侵逻辑电路，导致误动作。
此外，电网线路的断路、短路等都会影响由其进行供电的PLC控制系统。PLC系统电源通常使用隔离电源，由于结构及制造工艺因素导致隔离性难以达到预期效果。绝对的隔离是不存在的。
1.2.2 源自信号线的干扰
同PLC系统连接的信号线在传输工作信号的同时，许多的干扰信号也沿着传输线进入PLC控制系统。干扰一般有两种方式：通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串人的电网干扰；信号线上的外部感应干扰，主要有静电放电、脉冲电场、切换电压等。由信号线引入的干扰会引起I/O信号工作稳定性变差及降低测量精度，严重时将导致元器件损伤。
倘若现场隔离措施防护不到位，甚至导致信号间互相干扰。引发共地系统回流，导致逻辑数据的变动，甚至死机。
1.3 源自接地系统不完善引起的干扰
良好的接地是提高电子设备EMC的有效手段之一，正确合理的接地能抑制电磁干扰的影响，还能抑制设备向外发出干扰；但不合理或是错误接地将会引入许多的干扰信号，影响PLC控制系统的正常工作。
PLC控制系统的地线包含系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。如果接地系统混乱，对PLC控制系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。另外，系统本身的接地线路与屏蔽层通过大地形成回路，在电气设备的干扰下，回路内产生感应电流，从而引发干扰。若系统按地与其他电气设备的保护接地混杂在一起，所产生的地环流就可能在地线上产生不等位电位分布，影响PLC控制系统中逻辑电路和模拟电路的正常工作。
1.4 源自PLC系统内部的干扰
主要是系统内部元器件和电路间的相互电磁辐射产生干扰。这种干扰属于PLC控制系统生产厂家对PLC系统设计的内容，比较复杂，使用部门无法改变。
2.plc系统安全运行的抗干扰措施和方法
2.1 供电电源
采用性能优良的电源，抑制电网干扰。通常电源采用隔离变压器，并且在隔离变压器的选择上留适当余量，余量选择在20%～50%之间。
隔离变压器在使用中要有良好的接地措施，次级回路的输出线最好使用双绞线，以消除干扰。还可在变压器输入端使用滤波器。另外，还可采用CPU模块与I/O模块独立供电的方式，两种模块分别使用不同的隔离变压器来供电，并隔绝主回路电源。有利于提高系统运行的可靠性。CPU模块还可在隔离变压器旁边并联一套不间断电源（UPS），应对一些供电不稳定的工作环境。
2.2 信号线路
2.2.1 输入信号
在设备选型时尽可能采用带有绝缘性能的I/O模块，以防止信号受到干扰。采用输入模块的滤波功能来减小输入信号线路之间的差模干扰，并将控制器接地来抑制线路与大地间的共模干扰。提高输入信号抗干扰能力。当输入端并联感性负载时，在负载两端并联电容和电阻；于直流输入信号可并接续流二极管。
2.2.2 输出信号
PLC通常三种输出形式：中间继电器、晶体管、晶闸管，依据负载的要求来选择。若负载要求超出了PLC的I/O口的输出能力，需要外接中间继电器。当输出端接有感性负载时，输出信号在通断时都会由于线路电流的畸变而可能引发干扰。
为了防止干扰，可采取以下措施：对于直流负载，通常是在尽可能靠近负载的情况下在继电器线圈两触头上并联续流二极管。对于交流负载，应将电阻电容串联后并联在继电器线圈的触头两端。在大容量负载电路中，由于继电器在通断时会产生强烈的电弧干扰，必须在线圈两端连接浪涌吸收装置。
2.3 外部配线
直流输入、输出信号和交流输入、输出信号不使用同一根电缆。对于带有集成电路或晶体管电路的设备其输入、输出信号线须采用带有屏蔽层的电缆，并且在使用时其输入、输出端要悬空，而控制器端要接地。在线路近距离传输时，直流信号线和交流信号线使用不同的穿线管或者信号线使用屏蔽电缆。在线路远距离传输时，使用中间继电器来进行信号的转换。需要特别注意的是，在现场的电缆敷设时，应特别注意信号线路要与动力电缆、高压电缆区别开来。
2.4 接地措施
接地分为：保护接地、逻辑接地、屏蔽接地、本安接地。
良好的接地是保证PLC可靠工作的必要条件之一，可以避免电压冲击危害，还可以减少误动作。应给PLC接以专用地线，接地线与动力设备（如电机）的接地点分离，若条件不允许，则可与其它设备公共接地，严禁与其它设备串联接地。
2.5 空间辐射
为减小空间电磁场对信号线的干扰。需要把弱信号线远离强信号线敷设，保持导线间一定距离。要避免平行走线，以减小电磁的干扰。正确接地能有效减小磁场的干扰。
3.总结
完善PLC控制系统的抗干扰措施和方法有着重要的意义。除了上述应采取的一些抗干扰措施和方法外，还可以采取软件抗干扰设计。在实际应用中可以同时采用硬件和软件等抗干扰技术，合理有效的消弱干扰，以提高PLC控制系统的可靠性。
参考文献
[1]王晓.PLC控制系统接地抗干扰技术[J].现代电子技术，2006.
[2]赵敏鹏.PLC控制系统的可靠性设计[J].科技风，2012.
[3]郑亮，蒋大明，戴胜华.PLC可靠性分析与冗余设计[J].工矿自动化，2005.
PLC系统抗干扰的研究 篇5
在工业生产过程中, 大量的开关量按照逻辑条件进行顺序动作, 并按照逻辑关系进行联锁保护动作的控制, 此外还有大量离散量的数据采集, 传统上, 这些功能都是通过电气控制系统来实现的。直到上世纪70年代末, 首次研制出基于集成电路和电子技术的控制装置, 将程序化的手段应用于电气控制, 这就是第一代可编程序控制器 (Programmable Logic Controller, 简称PLC) 。经过几十年的发展, PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络方面的能力得到了大幅度提高, 其功能从单机逻辑控制、逻辑运算拓展到远程多台实时控制等。目前, PLC已经成为一种多功能智能化的综合控制设备, 其应用范围也在不断地向高精度、多功能、超稳定方向发展。虽然PLC在设计和制造过程中采取了多层次抗干扰措施, 以确保输入、输出信号的准确无误, 使系统能在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作;但是, 整机的可靠性高只是保证PLC可靠工作的前提, 在实际应用中还必须采取相应的措施, 以确保信号的真实有效, 才能保证整个系统的可靠工作。
1PLC的组成
PLC系统由PLC主机、功能I/O单元和外部设备组成, 如图1所示。其中PLC主机由CPU、存储器、基本I/O模块、I/O扩展接口、外设接口和电源等组成, 各部分之间由内部系统总线连接。
2PLC的内部抗干扰措施
2.1 硬件措施
(1) 屏蔽:
对电源变压器、中央处理器、编程器等主要部件采用导电、导磁性良好的材料进行屏蔽处理, 以防止外界干扰信号的影响。
(2) 滤波:
对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波处理, 以消除和抑制高频干扰信号, 同时也可以削弱各模块间的相互影响。
(3) 电源调整与保护:
电源波动造成电压畸变或毛刺, 将对PLC及I/O模块产生不良的影响, 对微处理器核心部件所需要的+5 V电源采用多级滤波处理, 并用集成电压调整器进行调整, 以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。
(4) 隔离:
在微处理器与I/O电路之间采用光电隔离措施, 有效地把它们隔离开来, 以防外部干扰信号及地线环路中产生的噪声信号通过公共地线进入PLC本机, 从而影响其正常工作。
(5) 采用模块式结构:
这种结构有助于在故障发生时进行短时期修复, 一旦查出某一模块出现故障, 可迅速更换, 使系统恢复正常工作, 同时也有助于加速查找系统故障的原因。
2.2 软件措施
PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程序、编译程序、诊断程序等, 主要用于管理全机。系统程序由PLC厂家提供并已固化在EPROM中, 不能直接存取和干预。用户程序是用户根据现场控制的要求, 用PLC的程序语言编制的应用程序 (也就是逻辑控制) , 由用户程序来实现各种控制。
(1) 故障诊断:
系统软件定期地检测外界环境, 如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等, 以便及时反应和处理。
(2) 信号保护和恢复:
当偶尔发生故障时, 不破坏PLC内部的信息, 一旦故障现象消失, 就可以恢复正常, 继续原来的工作。
(3) 设置警戒时钟WDT:
如果程序循环扫描执行时间超过了WDT规定的时间, 预示程序进入了死循环, 立即报警。
(4) 加强对程序的检查和校验:
一旦程序有错, 立即报警, 并停止执行程序。
(5) 对程序及动态数据进行电池后备:
当停电时利用后备电池供电, 从而保证有关信息和状态数据不丢失。
3PLC在应用中的抗干扰方案
通过上述分析可以看出, PLC在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰措施, 具有较强的适应工业环境的能力、较高的运行稳定性和可靠性, 因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境中使用。但是由于它直接和现场的I/O设备相连, 外来干扰很容易通过电源线或I/O传输线侵入, 从而引起控制系统的误动作。因此, 要提高PLC控制系统的可靠性, 就要在具体实际应用中从多方面采取相应的抗干扰措施, 才能保证整个系统的可靠工作。
3.1 正确安装使用
PLC各部分的组成和系统连接及装配方法必须严格按照产品说明书要求进行, 这是保证系统可靠运行的前提条件。通常PLC使用环境温度范围在0 ℃ ～55 ℃, 应避免太阳光直接照射, 安装位置应远离发热量大的器件, 同时应保证有足够大的散热空间和通风条件;环境湿度一般应小于85%, 以保证PLC有良好的绝缘;在含有腐蚀性气体、浓雾或粉尘的场合, 需将PLC封闭安装;如果PLC安装位置有强烈的振动源, 应采取相应的减振措施。
3.2 合理布置电源
通常情况下, 要将PLC的电源与系统的动力电源分开配线;如果一个系统中含有扩展单元, 则其电源必须与基本单元共用一个开关控制。
另外, 如果电源干扰严重, 一般采用隔离变压器进行隔离, 并在隔离变压器前加入滤波电路, 同时隔离变压器的屏蔽应良好接地, 隔离变压器的初、次级均需用双绞线以减少电源线间的干扰, 这样干扰信号经滤波隔离后就能得到有效抑制;同时要将交流地、直流地、模拟地和数字地等分开, 数字地和模拟地的共点地最好置悬浮方式。
3.3 确保信号真实
输入电路是PLC接收开关量、模拟量等输入信号的端口, 它能够接收自动设备或手动设备输入来的信号, 也可通过按钮开关、键盘或类似器件接收用户送来的数据, 自动输入来自各种各样的器件如微动开关、定时器、编码器、光传感器等发出的信号, 其元器件质量的优劣、接线方式及是否牢靠是影响输入信号真实有效的直接原因。输入线间的串模干扰和输入线与大地间的共模干扰会间接地影响输入信号的准确性, 抑制串模干扰的主要措施有屏蔽、滤波、分开走线等;消除共模干扰的主要措施有采用双层屏蔽浮地、系统一点接地、隔离放大器、光电耦合等。
PLC系统采用开关量输出信号, 有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出3种形式, 具体选择哪种形式的输出应根据负载要求来决定。选择不当会使系统的可靠性降低, 严重时导致系统不能正常工作。如晶闸管输出只能用于交流负载, 晶体管输出只能用于直流负载。此外, PLC的输出端子带负载能力是有限的, 如果超过了规定的最大限值, 必须外接继电器或接触器才能正常工作。若PLC输出端子接有感性元件, 则应采取相应的保护措施 (如熔断器保护、阻容吸收保护、续流二极管保护等) , 以保护PLC的输出触点, 防止突变, 使输出信号准确无误地指挥执行设备正确可靠地工作。
4结束语
PLC系统接地的干扰抑制措施 篇6
PLC与计算机相比接地方式有一定的特殊性,即要求电压接地与PLC的水平保持一致。
2 PLC接地方法
控制系统的核心为PLC时,其接地方法有多种,不过每种接地方法均要遵循一个原则,即零电位基础。接地方法不同,其特点也各不相同。例如数字地,即为各种开关信号、数字信号零电位的逻辑地;模拟地为模拟信号的零电位;信号地通常是指普通传感器的接地;交流地则是指系统使用的交流电源地线,通常是产生干扰的地方;直流地则是直流电源电压的标准起点,基于非浮空直流电源供电的状态下,其作为地线接地;屏蔽地通常是指外壳或者丝网,其主要作用是防止静电与磁场感应,通常可以通过导线实现屏蔽与地面的连接,以消除上面所附着的电荷;保护地通常是指机器、设备的外壳,内部与外壳绝缘可以防止设备漏电、保护人身安全,所以这种保护接地的要求相对较高。
3 PLC接地防干扰措施分析
3.1 地环电流接地
3.1.1 地环电流的形成与影响
图1为地环电流形成及对电路产生影响的等效示意图。
U觶s为放大器输入信号,U觶cm为导线间电容性与电感性耦合产生的共模干扰信号,这种干扰通过电容性耦合、电感性耦合以及电磁场辐射等形式表现出来。其中电磁场辐射对控制系统的影响相对较小,其余两种对电路产生共模干扰。信号源与放大器接地后,其电位也就处于恒定状态,即该电位为零电位,可作为电位的参考点。但实际工程中无法实现二者绝对的紧密相连,接地电阻无可避免,所以一旦该导体中流过电流进入大地时,其电位就会发生变化,相应的接地点不同电位也存在差异。例如图1A、B两点便是如此,如果两点距离比较远,那么电位差U觶o的值就比较大;如果两点用一根导线连接起来,那么导线1、2就分别形成闭合回路,这种情况下电流i1、i2就会在导线中流动,形成地环电流。一旦出现雷击等异常状态,地环电流就会非常大,此时U觶o就是信号源地线与放大器地线之间的干扰源,并且U觶cm与U觶o有一部分会转换为差模电压,对电路造成直接的干扰。
3.1.2 抑制措施
要抑制或者减少地环电流的干扰,可以采用一点公共接地的方法,接地方式有串联式与并联式两种,如图2所示。
串联式中,1、2、3每个电路均有一个流向接地点的电流,分别为i1、i2、i3,但是地线不可能是零电阻,相应的A、B、C 3点之间也不可能会是零电位差,所以各电路之间就会出现干扰,特别是信号弱的电路受信号强电路的影响更加明显。实际电路中,如果采取串联一点接地方法,要尽量减小公共地线的电阻值,直至与PLC控制系统抗干扰的容限要求相符;并且串联的次序也要考虑到,如果电路易受干扰就与A点连接,如果电路不易受到干扰,则可以连接在C点。
并联式中,每个电路的地电位只与其自身的地线阻抗和地电流相关,线路之间不会存在耦合干扰,可以杜绝公共地线阻抗的耦合干扰,所以并联式一点公共接地的方法在PLC控制系统中应用比较广泛。地线的直径要足够,以尽量减少各部件的地电位差,这样在各部件之间通信过程中可以有效控制地环电流的干扰。
3.2 电场、磁场耦合干扰接地
输入输出通道之间的导线耦合会形成两种干扰,即电场耦合与磁场耦合,二者的形成机理不同,消除与抑制这种干扰的接地方法也不相同。
3.2.1 电场耦合干扰的抑制
图1中,导线1在导线2上产生的对地干扰电压为:
简化后,可得:
式中,U觶1为干扰源导线电压;ω为角频率;R为受干扰导线对地负载电阻;C22为受干扰导线对地总电容;C12为干扰源导线与受干扰导线之间的分布电容。
如果干扰源导线的ω值不发生变化,采取减小干扰源导线电压、减小干扰源导线与受干扰导线之间的分布电容、增大受干扰导线的对地总电容等方法,均可以有效降低受干扰导线上的干扰电压。实际工程中最常用的是减小干扰源导线与受干扰导线之间的分布电容,这种方法也称其为远离技术,即敷设弱信号线时与信号线保持相当的距离,特别是与动力线路保持至少大于10cm的安全距离,一般情况下大于干扰导线直径40倍的距离即为安全距离。此外,也可以采取缩短平行走线长度的方法,或者采用屏蔽措施,将受保护的导线敷设于空心导体或者金属网内,即可避免电场的干扰。
3.2.2 磁场耦合干扰的抑制措施
抑制磁场耦合干扰的最佳方法就是屏蔽干扰源,不过实际工程中这种方法不现实,一般多用被动的抑制技术。如果回路1对回路2造成磁场耦合干扰,则回路2上所形成的串联干扰电压为:
式中,ω为干扰源导线1的角频率;B为干扰源回路1形成的磁场链接至回路2处的磁通密度;A为回路2感受磁场感应的闭合面积;θ为B与A两个矢量的夹角。
如果干扰源导线1的角频率不变,减小干扰源回路1形成的磁场链接至回路2的磁通密度,就可以有效降低干扰电压U觶N,由此可见,消除磁场耦合干扰的有效方法也可以采用远离技术。
3.3 屏蔽线、双绞线接地
3.3.1 屏蔽线接地抗干扰措施
屏蔽线屏蔽层接地方式如图3所示。
3.3.2 双绞线接地抗干扰措施
双绞接地方式如图4所示。
4 PLC控制系统与电网接地抗干扰措施
PLC控制系统常用的接地方式包括3种,即共地、浮地以及机壳共地与电路浮地,如图5所示。
共地方式,即PLC系统电路接地点、机壳、电网地线与接地线互相联接,这种方法对使用环境大地电位的稳定性要求较高,接地线路相对简单,并且由于是机壳接地,所以操作过程中的安全性也可以得到保证。如果使用环境中大地电位有较大波动,则会造成系统电位波动,电路受到共模干扰最终演变为串模干扰,这种情况下要减少接地电阻,或者采用浮地方式。
浮地方式中,PLC系统电路的接地点与机壳联接浮空未接地,通常用绝缘胶垫隔开机柜与大地,交流进线也要保证绝缘。这种接地方法可以有效控制大地电位波动或者地回路电磁感应所带来的干扰,不过系统浮地会导致机壳积累静电,影响到操作的安全性。
电网与机壳共地、电路浮地的方式综合了上述两种方式的优势,即机壳接地点与电网接地点相连接,保证了操作的安全性,而且电路接地点保持独立,可以不受大地电位与接地回路的干扰。
摘要：分析PLC接地的特殊性,阐述PLC接地的主要方法,介绍几种接地防干扰措施。
关键词：PLC系统,接地,抗干扰
参考文献
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[5]孙翠香.可编程序控制器(PLC)系统的接地[J].科技资讯,2010,(9)
PLC抗干扰分析及措施 篇7
可编程控制器(PLC)作为新一代的工业控制装置,因其本身具有高可靠性、较强的工业环境适应性以及编程简单、操作方便等特性,再配上各种测量控制仪表而在工业领域得到广泛应用。但当生产环境过于恶劣,电磁干扰特别强烈,或安装使用不当,就可能造成程序错误或运算错误,从而产生误输入并引起误输出,这将会造成设备的失控和误动作,从而不能保证PLC的正常运行。
1 影响PLC控制系统可靠性的干扰及来源
PLC控制系统主要集中安装在主控室中,但是由于其系统复杂,设备种类多,输入/输出(I/O)端口多,特别是外部的连接电缆又多又长,它们大多处在强电设备所形成的恶劣电磁环境中。除了恶劣的电磁环境外,PLC系统还涉及机械振动、化学腐蚀等场合。总体来说,PLC系统的干扰主要是2种形式:电磁干扰和机械振动干扰。现场电磁干扰是PLC控制系统中最常见也是最易影响系统可靠性的因素之一,找出问题所在,才能提出解决问题的办法。
1.1 电磁干扰源及一般分类
电磁干扰大都产生于用电设备电流或电压急剧变化,其原因是电流改变(电压变化也同时会导致电流变化)会在用电设备周围产生可变磁场,对周边设备产生电磁辐射;电磁辐射又会在该设备的薄弱部位产生电位差,即电磁干扰。
通常电磁干扰按干扰模式不同,分为差模干扰和共模干扰。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压,主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压,这种干扰叠加在信号上,直接影响测量与控制精度。共模干扰是每个被干扰点对地的电位差,主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压叠加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压,直接影响测控信号,造成元器件损坏(这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因),这种共模干扰可为直流,亦可为交流。
1.2 PLC系统中电磁干扰的主要来源及途径
1)电网干扰。
普通供电网络,由于电网覆盖范围广,电网上会有各种各样的用电设备。电源设备的停送电操作浪涌、大型设备的起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等都会在线路上感应出电压而在PLC系统所处空间形成电磁干扰,这些电压噪声会通过电源内阻耦合到PLC系统的电路中,给系统造成极大的危害。所以PLC如果直接从公用电网供电,将是很危险的。
2)柜内干扰。
如果PLC系统与其他大电感设备、高电压设备混装,控制柜内的高压电器,大电感性负载,混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。
即使PLC系统只与小容量电器安装在一起,这些电器的通断控制同样会产生电磁干扰。
3)信号线干扰。
与PLC控制系统相连的各类信号线,除了传输各类有效的信息之外,还会有外部干扰信号侵入。外部干扰主要有2种:一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰,这往往被忽视;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰,即信号线上的外部感应干扰,这是很严重的。信号线干扰会引起I/O信号工作异常并大大降低测量精度,严重时将损伤元器件。
4)接地系统的干扰。
接地是提高电子设备电磁兼容性的有效手段之一。正确的接地,可以抑制电磁干扰的影响,还可抑制设备向外发出干扰;模拟电路的影响,逻辑地与模拟地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。
5)变频器的干扰。
变频器启动和运行过程中产生的谐波可以对电网产生传导干扰,从而引起电网电压畸变,影响电网的供电质量;变频器的输出也会产生较强的电磁辐射干扰,进而影响周边设备的正常工作。
1.3 非电磁干扰
1)由于机械拉扯,线路自身老化等原因造成传输信号时断时续,现场信号无法准确地传送给PLC,造成控制出错。
2)机械触点抖动,现场触点虽然只闭合一次,PLC却认为闭合了多次,但由于PLC扫描周期太短,仍可能在计数、累加、移位等指令中出错,出现错误控制结果。
3)现场执行变送器、机械开关自身出故障,如触点接触不良,变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等。这些故障同样会使控制系统不能正常工作。影响执行机构出错的主要原因有:①控制负载的接触不能可靠动作,虽然PLC发出了动作指令,但执行机构并没按要求动作;②各种电动阀、电磁阀开、关不能到位,使得执行机构无法按PLC的理想控制要求动作,导致系统无法正常工作,降低了系统可靠性。
2 主要抗干扰措施
2.1 电源的合理处理,抑制电网引入的干扰
对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1∶1的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰。最好采用专用的净化电源。PLC的CPU部分与I/O部分分别供电,以避免I/O外部回路短路造成PLC停机。
2.2 安装与布线
1)安装。
PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备,不能与高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线(二者之间距离应大于200 mm)。与PLC装在同一个柜子内的电感性负载,如功率较大的继电器、接触器的线圈,应并联RC消弧电路。
2)柜内布线。
柜内导线尽量按照不同的电压等级及类别分别走线,电源线采用双绞线。如必须在同一线槽内,分开捆扎交流信号线、直流信号线。
3)柜外布线。
PLC的输入与输出、开关量与模拟量要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线,屏蔽层应一端接地,接地电阻应小于1 Ω。不同电压等级的信号不能安排在同一根电缆中,交流信号与直流信号不能安排在同一根电缆中。
2.3 PLC输出负载的抗干扰处理
PLC输出模板采用继电器输出型时,所带的电感性负载的大小,会影响到模板内继电器的使用寿命,因此,使用电感性负载时应合理选择,或加隔离继电器。更重要的一点,PLC的输出负载可能产生干扰,因此要采取措施加以控制,若负载为直流电感性负载,则在负载两端加续流二极管保护,若负载为交流点刚性负载,则在负载两端加阻容吸收电路,见图1。一般选择D为 1 A,R为100 Ω,C为0.47 μF。
2.4 正确选择接地点,完善接地系统
良好的接地是保证PLC可靠工作的一个重要条件,可避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的一般有两个:一是为了安全,二是为了抑制干扰。完善的接地是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。
PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均,不同接地点之间存在地电位差,从而引起地环路电流,影响系统正常工作。比如电缆屏蔽层必须单点接地,如果电缆屏蔽层两端都接地,就存在地电位差,有电流流过屏蔽层,当发生异常状态如雷击时,地线电流将更大。此外,接地线、屏蔽层和大地有可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内又会感应出电流,通过屏蔽层与芯线之间的耦合,信号回路受到干扰。若系统地与其它接地处理混乱,所产生的地环流就可能在地线上产生不等的电位分布,影响PLC内模拟电路和逻辑电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低,逻辑地电位的分布干扰易影响PLC的逻辑运算和数据存贮,造成数据混乱、程序跑飞或死机等故障。模拟地电位的分布将使测量精度下降,会引起对信号测控的严重失真和误动作。
1)安全地或电源接地。
将电源线接地端和柜体连线接地做为安全接地。若电源漏电或柜体带电,可以从安全接地端导入地下。
2)系统接地。
系统接地即PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地。接地电阻值不得大于4 Ω,通常需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起,作为控制系统地。
3)信号与屏蔽接地。
一般要求信号线必须有唯一的参考地,屏蔽电缆遇到可能产生传导干扰的场合,也要在就地或者控制室唯一接地,防止形成“地环路”。信号源接地时,屏蔽层应在信号侧接地;不接地时,应在PLC侧接地;信号线中间有接头时,屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理,一定要避免多点接地;多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时,各屏蔽层应互相连接好,并经绝缘处理,选择适当的接地处单点接地。
2.5 对变频器干扰的抑制
变频器干扰处理一般有以下几种方式:
1)加隔离变压器,主要针对来自电源的传导干扰,可将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前;2)使用滤波器,滤波器具有较强的抗干扰能力,可防止将设备本身的干扰传导给电源,有些还兼有尖峰电压吸收功能;3)使用输出电抗器,在变频器和电动机之间增加交流电抗器主要是为了减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射,影响其它设备正常工作。
3 矿井提升系统干扰问题及解决办法
我矿在2007年投产了一套1 900 kW交-交变频提升系统,针对现场出现的问题采取了以下的抗干扰措施:1)把功率部分与控制部分分别安装在两层,使得功率柜对PLC以及变频控制部分的电磁干扰减至最低;2)PLC系统及变频控制系统用的交流控制电源均通过UPS供电,使得高压电网侧的干扰信号不会通过电源直接传入控制系统;3)为了可靠接地并减少接地电阻,在保证接地极电阻小于1 Ω的基础上,选用双根95 mm2电缆作为接地电缆;4)对于触发脉冲、电压检测信号、电流检测信号、测速编码器信号等关键线路,采取单独敷设电缆,屏蔽层双端单独接地的措施。
4 结论
这套系统在调试初期,由于干扰问题给调试带来了一定的影响。使得接入PLC系统的位置检测信号、连锁信号出现差错。重新处理了接地与屏蔽之后,干扰的问题没有再出现。PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题,因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素,合理有效地抑制抗干扰,才能使PLC控制系统正常工作。
参考文献
PLC程控系统抗干扰技术 篇8
可编程控制器 (PLC) 是在传统的顺序控制器的基础上引入微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置, 目的是建立柔性的程控系统。P L C具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。在工业控制领域中, P L C控制技术的应用必将形成世界潮流。
自动化系统中所使用的各种类型P L C, 有的是集中安装在控制室, 有的是分散安装在生产现场的各单机设备上, 它们大多处在强电电路所形成的恶劣电磁环境中, 如强磁场、强腐蚀、高粉尘、剧烈的冲击和振动, 将不能保证PLC正常、安全地运行。P L C程控系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。
要提高P L C控制系统可靠性, 一方面要求P L C生产厂家提高设备的抗干扰能力;另一方面要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视。因此, 研究PLC控制系统的抗干扰措施具有十分重要的现实的意义。
2 PLC程控系统的干扰因素
2.1 PLC程控系统的干扰因素:主要是外部环节和硬件配置不当所引起的。
一是电源的干扰, 如电压波动、射频干扰等, 它沿电源侵入到P L C装置。
二是传输线路的干扰, 通过信号线与电源线之间的寄生电容引起的静电耦合的干扰, 及发生在布线间的寄生互感上的磁场耦合的干扰。
三是接地系统混乱引起的干扰。
2.2 传导干扰
来自系统外引线的干扰, 主要通过电源和信号线引入, 统称传导干扰。
2.2.1 来自电源的干扰
P L C程控系统的正常供电电源均由电网供电, 但电网覆盖广, 它将受到空间电磁干扰而在线路上产生感应电压和电流。尤其是电网内部的变化, 如开关操作浪涌、大型电力设备启停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等, 会通过输电线路传到电源原边。
2.2.2 来自信号线引入的干扰
与PLC控制系统连接的各类信号传输线, 除了传输有效的各类信息之外, 还会传输外部干扰信号侵入系统。此干扰主要有两种途径:一是通过现场变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰, 这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低, 严重时将引起元器件损伤。
2.2.3 来自混乱接地系统的干扰
接地是提高电子设备电磁兼容性 (EMC) 的有效手段之一。正确的接地, 既能抑制电磁干扰的影响, 又能抑制设备向外发出干扰。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均, 不同接地点间存在地电位差, 引起地环路电流, 影响系统正常工作。
2.3 辐射干扰
P L C程控系统中电磁场干扰来自空间的辐射电磁场的辐射干扰。空间的辐射电磁场主要是由电力网路、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、雷达、高频感应加热设备等产生的电磁场对线路、导线、壳体上的辐射、吸收与调制, 其分布极为复杂。
辐射干扰的影响主要通过两条路径:一是直接对PLC内部的辐射, 由电路感应产生干扰;二是对P L C通信网络的辐射, 由通信线路的感应引入干扰。
2.4 PLC系统内部的干扰
主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生, 如:逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响, 模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。
这些都属于P L C制造厂对系统设计的内容, 作为应用部门可不必过多考虑, 但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。
3 抗干扰措施
3.1 应用性能优良的电源, 抑制电网引入的干扰
P L C程控系统供电电源一般采用隔离性能较好的电源, 各种电源分别配线, 隔离变压器的一次侧接AC380V为好, 以避免地电流的干扰。
对于变送器供电的电源和P L C系统有直接电气连接的仪表的供电电源, 采用在线式不间断供电电源 (U P S) 供电, 它是一种P L C程控系统的理想电源。
3.2 合理选择和敷设电缆
为了减少动力电缆辐射电磁干扰, 应采用铜带铠装屏蔽电力电缆。
不同类型的信号分别由不同电缆传输, 信号电缆应按传输信号种类分层敷设, 严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号。
若要求动力电缆与输入输出信号电缆并行放置, 那么两者之间至少应相隔3 0 0mm;如果将它们放在一个槽内时, 它们之间必须间隔100 mm以上, 且要用接地的金属板屏蔽起来。
3.3 使用硬件滤波及软件抗干扰措施
信号在接入计算机前, 在信号线与地间并接电容, 以减少共模干扰;在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。
当按钮、开关作为输入信号时, 则不可避免产生抖动;输入信号是继电器触点, 有时会产生瞬间跳动, 会引起系统误动作。可采用定时器延时来去掉抖动, 定时时间根据触点抖动情况和系统要求的响应速度而定, 这样可保证触点稳定闭合 (或断开后) 才执行。
对于模拟信号, 可采用多种软件滤波方法来提高数据的可靠性。连续采样多次, 采样数据先后存放在不同的数据寄存器中, 经比较后取中间值或平均值作为当前输入值。
3.4 采用隔离继电器和接触器隔离干扰
首先, PLC程控系统的输入/输出回路采用光电耦合器隔离。
为了设备和人身安全及彻底的隔离干扰, 采取在PLC开关模块 (I/O) 和M C C间通过隔离继电器来传递信号。为了避免不同的电压等级混合冲突, 尽可能独立使用接触器上一组接点, 应该保留一些至关重要的联锁装置。
3.5 完善接地系统
P L C程控系统属高速低电平控制装置, 应采用直接接地方式。P L C程控系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式, 集中布置的P L C程控系统适于并联一点接地方式。各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大, 应采用串联一点接地方式。用一根大截面铜母线 (或绝缘电缆) 连接各装置的柜体中心接地点, 然后将接地母线直接连接接地极。接地线采用截面积大于2 2 m m2的铜导线, 接地总母线采用用截面积大于60mm2的铜排。接地极的接地电阻小于2Ω, 且PLC程控系统接地点与强电设备接地点相距1 5 m以上。
信号源接地时, 屏蔽层应在信号侧接地;不接地时, 应在PLC侧接地;信号线中间有接头时, 屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理, 一定要避免多点接地。
4 结语
P L C程控系统中的干扰是一个十分复杂的问题, 在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素, 对工作环境作全面的分析, 采取对应的抗干扰措施, 才能够使P L C程控系统长期顺利地工作。
参考文献
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[2]陈晓平.电气安全[M].北京:机械工业出版社, 2004.
PLC干扰 篇9
关键词：发电厂 PLC控制系统 抗干扰
电力行业在我国全球一体化的发展背景下不断地完善着自身的改革与创新。近几年来，随着我国经济改革发展，为满足国内企业及用电用户的需求，国内不断建设发电厂工程，而在发电厂系统运行中，PLC控制系统是核心部分，也是关系着电力运行安全与否的关键。因此，只有保证PLC控制系统的正常运作，才能保证电力生产安全。
1 什么是发电厂PLC控制系统
所谓的PLC主要是指发电厂中可用于编辑的控制器。发电厂中PLC控制器的英文缩写与计算机系统的PC系统十分容易混淆，因此为了区分开来，以PLC作为发电厂可编程序控制器的缩写。PLC控制系统是一个以微处理系统为主要核心的依附于数字操作模式下的电子系统。它在工作中主要是利用可编程序系统存储器来执行各类逻辑运算、定时运算、顺序控制以及数字运算等操作的。同时，PLC控制系统通过模拟式或数字式输入输出接口来控制各种设备的运行生产整个过程。
PLC控制系统是计算机技术与传统模式下的继电系统相结合的新型控制系统。它既解决了传统模式下继电器可靠性差、触点低且容易磨损、对突发情况排除困难等问题，又解决了计算机系统下的局限性。PLC在工用中充分考虑到了操作人员以及电气维修人员的技术专业性能以及水平，在进行程序设置时无需专业的计算机操作编程语言，而是采用了一种全新的以继电器为基础的梯形图指令形式。使操作维修人员可以更清晰、更直观地查看设备在动行时的问题，并及时进行维修与护理。
2 PLC的组成
PLC主要由中央处理器、存储器、接口线路、输入输出电路、电源五个部分所组成。如图1所示。
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中央处理器在PLC中所起到的主要作用是进行逻辑运算以及数字运算，并且在整个系统工作时起到统一协调的目的；存储器顾名思义，主要是为了存储系统中各种程序及数据；接口线路主要是PLC与外部设备相连接的主要途径；输入输出电路的主要作用是输入电路可以对输入系统中的信号进行转换与隔离，而输出电路由将输入电路所隔离后的电平信号无限放大，以此驱动运行设备开始工作；电源，是设备运行的重要组成部分。
3 发电厂PLC控制系统干扰源
随着电力行业的发展，发电厂PLC控制系统也进行了多次的改革与创新，使其抗干扰的能力不断加强。但就实际操作中，仍存在着较多干扰问题。
3.1 电磁干扰问题 一般而言，在发电厂生产过程中，其空间内会释放出大量的电磁波。而发电厂设备在运作时所输出的电压量高达几十千伏甚至是几百千伏，电流量通常也会达到几百安伏以上。这就造成了设备在运行及断开时由于受高电压及高电流的影响产生强大的电磁波。这种干扰性的电磁波会使PLC控制系统输入输出电路中产生较强的感应电压及感应电流。同时会造成PLC控制系统中光电控制器中的二级管报警，并会导致光电控制器的抗干扰能力下降，从而造成了PLC控制系统在运行时指令错误的情况发生。
3.2 辐射干扰问题 除了电磁波干扰外，外界对PLC控制系统的干扰也是十分多的。例如：空间的辐射干扰主要是由于设备在运行时忽然停止运作、雷电对系统的冲击或是加热设备高频感应所引起的，人们通常将这种干扰形式称为辐射干扰。一般来讲，辐射干扰分为两个途径，其一，如果PLC系统中设置于辐射场范围内的，则PLC系统就会直接将辐射频率完全接收，并造成电路感应干扰；其二，通过PLC系统通信线路对整个网络进行辐射，这种干扰主要与设备现场的布置以及设备所产生的电磁波频率大小有着密切的关联。
4 发电厂PLC控制系统抗干扰措施
发电厂是保证我国人均用电及企业生产经营用电的重要场所。因此，针对于发电厂PLC控制系统干扰问题，相关部门及电力行业负责人经过多次的总结分析，并结合PLC控制系统实际工作中干扰源问题研究出了几点可行性较高的发电厂PLC控制系统抗干扰措施。具体内容如下：
4.1 硬件抗干扰措施 对PLC控制系统的硬件进行隔离是抗干扰最有效的办法。一般来说，PLC控制系统的输入输出电路均是由光电藕合器进行信号的传送，这种信号传送方式使PLC控制系统与CPU之间没有任何的电路上的关联，从而输入与输出端之间的信号也不会相互传递，也就不存在地线干扰性问题。另外，由于PLC控制系统中输出端口所用的是二级发光管，其电阻大约为1千欧姆，从而使输入电阻降低，但就干扰源来讲，一般都是阻抗较大的电阻，虽然会产生较大的电压干扰信号，但是所产生的能量却是十分有限的，因此可以很有效地抵抗外界干扰源对PLC控制系统的干扰。
除此之外，利用滤波来抵抗外界干扰源也是一个十分有效的办法。这种滤波抵抗方式主要是在系统VO模板与PLC电路电源之间设置多条滤波电路。因为滤波电路通常对干扰源有着极好的抵抗能力，并且可以通过滤波发出的磁场将PLC控制系统电路与干扰源相隔离，彻底抑制干扰源进入PLC控制系统中。
4.2 选择正确的接地点 PLC控制系统中，接地点的正确与否直接关系到抗干扰能力的强弱。
因此在以PLC控制系统为发电厂生产运行核心的体系中，首先要设置多个PLC接地点，并且这些接地点都要遵循着零电位基础原则。另外，就PLC控制系统安全性来讲，高频电路在接地时应采用多点接地方式，而低频电路在接地时则应采用一点式接地方式。这主要是因为在高频电路中，各元件间的电磁感应通常都较大，如果此时选择一点接地会使PLC控制系统在运行时受外界干扰信号的干扰，从而产生PLC控制系统错误信号的导入。而当PLC控制系统处于低频时，所发出的信号及各元件间的电磁感应较弱，此时如果采用多点接地会使环地电流过多，从而产生外界干扰。
除此之外，一般情况下，PLC控制系统所采用的接地方式均与设备的频率及电阻相关。也就是说，当设备的频率低于十赫兹时，PLC采用一点接地方式，而当设备频率高于十赫兹时，则采用多点接地方式。如果当设备所发出的频率介于一到十赫兹之间时，则要根据具体的实际情况进行接地方式的选择。另外，在电路接地时，交流地与信号地是不能够用同一个载体的。因为在交流电压进行信号传输时，间隔一段时间内电路上会产生较强的电压，而对于低电平也就是信号传输时则需要电路电平要保持绝对的零电压，因此为了防止交流电压对信号所产生的干扰，就必须在直流电压电路上加设多个隔离层。同时严格禁止交流电压与信号共用同一根导线。
另外，在PLC控制系统中，为保证抗干扰能力，需要在系统设备的关键性部位利用金属外壳加设隔离网。例如：强磁铁、大型设备的藕合器、变压器等，可以在其关键性部位的外层采用高导磁材料做一层隔离防护，并将其直接接入大地中，同时用屏蔽地或模拟信号地对系统电路进行保护。
4.3 利用电缆布线方式抗干扰 电缆布线方式对PLC抗干扰也是十分重要的。对于不同型号的信号分别要用不同类型的电缆进行布置，并且在电缆设置时要根据具体的情况及信号传输方式不同分层次进行。需要注意的是，在电缆布置中，禁止用同一根电缆对不同信号传输方式的导线进行铺设，同时要保证动力电缆与信号导线不要在同一水平面上，以此来最大限度降低干扰频率。
5 结语
综上所述可知，发电厂PLC控制系统抗干扰对信号指令的正确输入输出是十分重要的。因此，在抗干扰设计时，首先要针对干扰源的产生制定出解决方案，并从系统硬件及电缆布置等方面入手，彻底排除干扰源。
参考文献：
[1]梁红凯.PLC控制系统的抗干扰技术应用[C].//2006年全国发电厂DCS与SIS技术研讨会暨热工自动化专业会议论文集.2006：702-705.
[2]张明.PLC控制系统在火力发电厂的应用及注意事项[J].现代电子技术，2010，33（23）：177-180.
浅谈PLC抗干扰的措施 篇10
PLC(可编程序控制器)是以微处理器为核心,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用工业自动控制装置。具有控制功能强,可靠性高,使用灵活方便,易于扩展等优点而应用越来越广泛。在冶金、交通、化工、电力等领域获得了广泛的应用,被成为现代工业技术的三大支柱之一。
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。故障也就大大降低。尽管PLC在设计制造时已采取了很多措施,使它对工业环境比较适应,但是为了确保整个系统稳定可靠,还是应当尽量使PLC有良好的工作环境条件,并采取必要的抗干扰措施。
1 P LC控制系统干扰的主要来源及途径
1.1 电源的干扰。
PLC系统控制的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广,它将受到所有空间电磁干扰,空间的辐射电磁场(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达等产生的,通常称为辐射干扰,若PLC系统置于所射频场内,就会收到辐射干扰,而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化,刀开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等,都通过输电线路传到电源原边。可能造成程序错误或运算错误,从而产生误输入并引起误输出,这将会造成设备的失控和误动作,从而不能保证PLC的正常运行。
1.2 信号线引入的干扰。
与PLC控制系统连接的各类信号传输线,除了传输有效的各类信号之外,总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径:一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰,由此引起系统故障的情况也很多。
1.3 接地系统的干扰。
接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地,既能抑制电磁干扰的影响,又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地,反而会引入严重的干扰信号,使PLC系统将无法正常工作。
1.4 变频器干扰。
一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰,引起电网电压畸变,影响电网的供电质量;二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰,影响周边设备的正常工作。
2 抗干扰的措施
2.1 电源干扰的抑制。
一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。选用隔离性能较好的设备、选用优良的电源、动力线和信号线走线要更加合理等等,对电源变压器、中央处理器、编程器等主要部件,采用导电、导磁性良好的材料进行屏蔽处理,以防止外界干扰信号的影响。电源调整与保护:电源波动造成电压畸变或毛刺,将对PLC及I/O模块产生不良影响。对微处理器核心部件所需要的+5V电源采用多级滤波处理,并用集成电压调整器进行调整,以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。尽量时电源线平行走线,时电源线对地呈低阻抗,以减少电源噪声干扰。其屏蔽层接地方式不同,对干扰抑制效果不一样,一般次级线圈不能接地。输入、输出线应用双绞线且屏蔽层应可靠接地,以抑制共摸干扰。此外可以安装一台带屏蔽层的变比为1:1的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰,还可以在电源输入端串接LC滤波电路等。
2.2 信号线引入的防干扰措施。
动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线,隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双绞线连接。将PLC的I/O线和大功率线分开走线,如必须在同一线槽内,分开捆扎交流线、直流线,若条件允许,分槽走线最好,这不仅能使其有尽可能大的空间距离,并能将干扰降到最低限度。此外利用信号隔离器解决干扰问题也是很理想的办法,其原理是首先将PLC接收的信号,通过半导体器件调制变换,然后通过光感或磁感器件进行隔离转换,然后再进行解调变换回隔离前原信号或不同信号,同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。只要在有干扰的地方,输入端和输出端中间加上这种隔离器,就可有效解决干扰问题。
2.3 正确选择接地点,完善接地系统。
良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件,可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个,其一为了安全,其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。在PLC控制系统中,具有多种形式的“接地”,主要有:(1)信号地。输入端信号元件的地;(2)交流地。交流供电电源的N线;(3)屏蔽地。为防止静电和磁场感应而设置的外壳或金属丝网,通过专门的铜导线将其接入地下;(4)保护地。将机器设备的外壳或设备内独立器件的外壳接地,用于保护人身安全和防止设备漏电。为了抑制附加在电源及输入、输出端的干扰,应对PLC系统进行良好的接地。一般情况下,接地方式与信号频率有关,当频率低于1MHz时,可用一点接地;高于10MHz时,采用多点接地;在1~10MH之间时,通常情况下,PLC控制系统采用一点接地,将所有地线端子和最近接地点相连接,以获得最好的抗干扰能力。接地线截面积不能小于2mm2,接地电阻不能大于100Ω,接地线使用专用地线。
2.4 变频器干扰的抑制。
(1)加隔离变压器,主要是针对来自电源的传导干扰,可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。(2)使用滤波器,滤波器具有较强的抗干扰能力,还具有防止将设备本身的干扰传导给电源,有些还兼有尖峰电压吸收功能。(3)使用输出电抗器,在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射,影响其它设备正常。
3 结论
PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题,因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素,合理有效地抑制抗干扰,才能够使PLC控制系统正常工作。随着PLC应用领域的不断拓宽,如何高效可靠的使用PLC也成为其发展的重要因素。在不久的将来,PLC会有更大的发展,产品的品种会更丰富、规格更齐全,通过完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求,PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分,将在工业控制领域发挥越来越大的作用。
参考文献
[1]张万忠.可编程控制器应用技术[M].北京:化学工业出版社,2001,12.
[2]于庆广.可编程控制器原理及系统设计[M].北京:清华大学出版社,2004.