PLC控制系统的抗干扰问题

摘要：作者根据这几年来的设计、安装和使用维护经脸提出了PLC在应用中必须提高系统的绿合杭干抚能力及应注意的问题。

　　1 电磁干扰源及对系统地干扰
　　1.1 干扰源及干扰的一般分类
　　影响PLC控制系统地干扰源与一般影响工业控制设备地干扰源一样
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，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中按噪声产生的原因不同分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按嗓声干扰模式不同，分为共模于扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差
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，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)电压跌加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电时，变送器输出信号的共模电压普遍较高
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，有的可高达130 V以上。共模电抓通过不对称电路可转换成差模电压控制工程网版权所有，直接影响测控信号，造成元器件损坏(这就是一些系统UO模件损坏率较高的主要原因)这种共摸干扰可分为直流，亦可为交流。差模千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藕合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，直接叠加在信号上，直接
影响测量与控制精度。
　　1.2 PLC控制系统中电磁干扰的主要来源
　　1.2.1 来自空间的辐升干扰
　　空间的辐射电磁场主要由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常成为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于所射频场内，就回收到辐射于扰，其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PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引人干扰。辐射于扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，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。
　　1.2.2 来自系统外引线的干扰
　　(1)来自电源的干扰。PLC系统的正常供电电源均由电网供电。山于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，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、电网短路状态冲击等，都通过输电线路传到电源里边。PLC电源通常采用隔离电源。但其机构及制造工艺因素使其隔离性能并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。
　　(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，总会有外部干扰信号侵人。此于扰主要有两种途径:一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串人的电网干扰，往往被忽视；二是信号线受到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。山信号引人干扰会引起UO信号工作异常和测量精度的大大降低，严重时会引起元器件损伤。对于隔离性能较差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动作和死机。
　　(3)来自接地系统混乱时的干扰。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，既能抑制电磁千扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰而错误的接地，反而会引起严重的干扰信号，使系统无法正常工作。
　　1.2.3 来自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4E92影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，应用部门无法改变，但要选择具有较多应用实绩或纪吕丈考验的模块。
　　2 PLC控制系统工程应用的抗干扰设计
　　2.1 设备选型
　　在选择设备时，首先要选择有高效抗干扰能力的产品，其中包括了电磁兼容性。尤其是抗外部干扰能力，如采用浮地技术笼隔离性能如的PLC系统:其次还应了解生产厂商给出的抗干扰指标，如共模拟制比、差模拟制比，耐压能力，允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作；另外是靠考察其在类似工作中的应用实绩。在选择国外进口产品要注意:我国是采用220 V高内阻电网制式，而欧美地区是110 V低内阻电网。由于我国电网内阻大，零点电位漂移大，地电位变化大，工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上，对系统抗十扰性能要求更高，在国外能正常工作的PLC产品在国内不一定能可靠运行，这就要在采用国外产品时，按我国的标准合理选择。
　　2.2综合抗干扰设计
　　主要考虑来自系统外部的儿种抑制措施。主要内容包括:对PLC系统及外引线进行评比以防空间辐射电磁干扰；对外弓}线进行隔离、滤波，特别是动力电缆，分层布置，以防通过外引线引人传导电磁干扰；正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。另外还必须利用软件手段，进一步提高系统的安全可靠性。
　　3 主要抗干扰措施
　　3.1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。电网干扰串人PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源(如CPU、电源、I/O电源等)、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等祸合进人的。对于变送器和共用信号仪表供电选择分布电容小、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。此外，为保证电网馈电不中断，可采用在线式不间断供电电源9UPS0供电，提高供电的安全可靠性。并且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种PLC控制系统的理想电源。
　　3.2 电缆选择的敷设
　　为了减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置敷电电缆的辐射电磁干扰。在工程中，因采用钢带恺装屏蔽电力电缆，从而降低动力电缆生产的电磁干扰。长距离配线时，输人信号线与输出信号线分别使用各自的线缆。交流信号与直流信号分别使用各自的线缆输人输出信号线与高电压、大电流的动力线分开配线。集成电路或晶体管设备的输人、输出信号线，必须使用屏蔽线缆。避免信号线与动力电缆靠近平行敷设，以减少电磁干扰。
　　3.3 I/0模块的定性分析
　　绝缘的输入、输出信号和内部问路L匕非
绝缘的抗干扰性能好；双向晶闸管和晶体管型的无触点输出在PLC控制器侧产生的干扰小；输人模块允许的输人信号ON-OFF电压差大，抗干扰性能好；输人信号响应时间慢的输人rl块抗f扰性能好。因此，从抗干扰的角度考虑，I/0模块选型时应考虑以下因素:干扰多的场合，使用绝缘型的I/O模块；安装在控制对象侧的I/O模块要使用绝缘型的I/0模块；无外界干扰的场合，可使用非绝缘型的I/O模块。
　　3.3.1 防精入信号干扰
　　除采用滤波器和控制器良好接地来抑制干扰外，还可考虑以下抗输人干扰的措施。在输入端有感性负荷时，为了防止反冲击感应电动势，在负荷两端并接电阻和电容(为交流输人信号时)见图1,或并接续流二极管(为直流输人信号)见图2。交疏输入方式时，电阻、电容的选择要恰当，才能起到较好的效果。负荷容量在1OVA以下一般选0。1μF、120Ω；负荷容量超过1OVA则选用0。47μF、47Ω比较合适。如果与输人信号并接的电感性负荷较大时，使用继电器中转效果更好。防感应电压的措施K DA。输人端并接浪涌吸收器；②在长距离配线和大电流场合，感应电压大，可用继电器转换。

　
　　3.3.2 防止输出信号的干扰
　　输出信号干扰的产生:感性负荷场合，输出信号由OFF变成ON时产生突变电流，从ON到OFF时产生反向感应电动势，所有这些，都可能产生干扰。防止干扰的措施:
　　(1)交流感性负载，在负载的两端并接R,C作为浪涌吸收器。交流220V电压功率为400VA左右时R，C的值分别为47Ω,0。47μF,R,C越靠近负载，其抗干扰效果越好，见图3,
　　(2)直流负载场合，在负载的两端并接续流二极管，见图4,二极管也要靠近负载，二极管的反向耐压应时负载电压的4倍。
　　

　　控制器将开关最输出的场合，不管控制器本身有无抗干扰措施，都最好采取图3(交流负载)和图4(直流负载)的抗干扰对策。在开关时产生较大干扰的场合，交流负载可使用双向晶闸管输出模块。在控制盘内用中间继电器进行中间驱动负载的方法时很有效的。对于电子设备的抗干扰技术，主要原则是抑制于扰源,PLC可编程控制器输出信号的干扰，可通过良好的接地引人大地，从而减少干扰的影响。