PLC控制系统的抗干扰措施

2022-09-11

目前在很多行业中, 尤其在工业环境中, 随着PLC广泛采用, 自动化程度较高, 基本上不需要进行人工干预, 即可完成预定工作。由于现场人员大量减少, 就需要PLC具有较高的准确性, 具有较强的抗干扰能力, 使之更适合工业环境使用。

1 干扰环境分析

在现今工业环境中, 对PLC的干扰有多种方式和途径。PLC受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。在实际的生产环境下, 外部干扰是随机的, 与系统结构无关, 且干扰源是无法消除的, 只能针对具体情况加以限制;内部干扰与系统结构有关, 主要通过系统内部程序设计的不合理, 模拟量输入信号等引起, 可合理设计系统线路来削弱和抑制内部干扰和防止外部干扰。要提高PLC控制系统的可靠性, 就要从多方面提高系统的抗干扰能力。

由外部环境引起的干扰, 主要有电源干扰、振动干扰、电磁干扰及信号干扰。

PLC系统的正常供电电源绝大部分由电网供电, 由于电网覆盖范围广, 将受到所有空间电磁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。

由振动引起的干扰在部分行业很常见, 像石油化工、建筑、矿产运输等, 由于工作条件是在临时性简易设备上, 设备振动比较严重, 这样, 常常会有不真实的信号产生, 形成干扰。

在很多行业, 由于考虑成本的原因, PLC模块都和其他电器混装在同一控制柜内, 这样, PLC模块就完全暴露在一个多变的电磁环境中, 容易对PLC造成干扰。

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, 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。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。

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。

2 抗干扰措施

PLC尽量不要与其他电器元件混装在同一柜体内。有条件的话, 与其他柜体保持一定距离, 这样尽量减少电磁辐射对PLC的干扰。

PLC本身的抗干扰能力一般都很强。通常, 只能将PLC的电源与系统的动力设备电源分开配线, 对于电源线来的干扰, 一般都有足够强的抑制能力。但是, 如果遇上特殊情况, 电源干扰特别严重, 可加接一个带屏蔽层的变比为1:1的隔离变压器单独为PLC设备供电, 以减少设备与地之间的干扰, 提高系统的可靠性, 必要的话, 还可以在电源输入端串接LC滤波电路。

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控制系统抗干扰的重要措施之一。接地在消除干扰上起很大的作用。这里的接地是指决定系统电位的地, 而不是信号系统归路的接地。

在日常接地系统中, 常见到如下两种情况的接地:联合接地与分散接地。联合接地方式也称单点接地方式, 即所有接地系统共用一个共同的“地”。联合接地有个弊端, 就是其他设备引起的地线感应电压, 容易串入PLC, 对PLC形成干扰。分散接地就是将通信大楼的防雷接地、电源系统接地、通讯设备的各类接地以及其他设备的接地分别接入相互分离的接地系统。

针对因振动引起的虚假信号, 要选择可靠性较高的变送器和各种开关, 防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良等由设备本身造成虚假信号。其次, 也还可以在内部程序上增加数字滤波程序及其他技术处理等, 增加输入信号的可信性。数字信号滤波一般采用程序设计方法, 在现场输入触点后加一定时器, 定时时间根据触点抖动情况和系统要的响应速度确定, 一般在几十ms, 这样可保证触点确实稳定闭合后, 才有其它响应。还可采用重复采集方式, 这一般适合数字量或开关量。在采集信号时, 需重复采集多次, 直到连续两次或两次以上采集结果完全相同时才视为有效。若多次采集后, 信号总是变化不定, 可停止采集, 并发出相关报警信号。在满足实时性要求前提时, 每次采集信号之间插入一段延时, 数据可靠性会更高。系统实时性要求很高情况下, 其指令重复周期尽可能长些。

PLC柜内的各种线缆应分开布线。电源线 (交流、直流) 与输入 (输出) 信号线分开布线, 开关量信号线与模拟量信号线也应分开布线, 且后者应采用屏蔽线, 并且将屏蔽层接地。数字传输线也要用屏蔽线, 并且要将屏蔽层单独接地, 尽量不与模拟量信号线接同一地。由于双绞线中电流方向相反, 大小相等, 可将感应电流引起的噪声互相抵消, 故信号线多采用双绞线或屏蔽线。

交流输出线和直流输出线不可用同一根电缆, 输出线应尽量远离高压线和动力线, 这样, 也能有效减少线路输入虚假信号。

输入接线一般不要太长。但如果环境干扰较小, 电压降不大时, 输入接线可适当长些。

3 结语

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。如何进一步提高PLC控制系统的抗干扰能力, 多种方法和措施正在研究探索之中。通过正确设计硬件线路, 选用高质量的元器件, 充分利用PLC本身软元件, 灵活巧妙地编程等措施, 可以有效地提高系统的抗干扰能力。

摘要：30年来, 可编程控制器从无到有, 实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃;其功能从弱到强, 实现了逻辑控制到数字控制的进步;其应用领域从小到大, 实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备, 在世界各地发挥着越来越大的作用。

关键词：PLC,控制系统,抗干扰