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如何提高PLC控制系统抗干扰能力

作者:dolphin时间:2011-05-11

 一、影响PLC控制系统稳定的干扰因素
  
  影响PLC控制系统稳定的干扰因素很多。主要有下面几种:

  1.电源波形畸变干扰由于PLC控制系统本身或者电网中其他设备采用的SCR、GTO、IGBT等电力半导体器件,在工作时产生的高次谐波、噪声、寄生振荡等。引起电网电源波形畸变。通过电源线路对PLC产生的干扰。

  2.电路耦合干扰由于PLC接地点选择不当或接地不良,通过回路公共阻抗耦合产生的干扰。

  3.输入元器件触点的抖动干扰由于现场强烈振动使PLC输入元器件触点发生抖动(尤其是常闭触点)所产生的误信号形成的干扰。

  4.电容性干扰在干扰源与干扰对象(PLC)之间存在的分布电容耦合所产生的干扰。

  5.电感性干扰干扰源中的交变磁场通过干扰对象(PLC)中的电感性元件耦合所产生的干扰。

  6.波干扰由空间电磁波(主要是雷达、电台、移动电话等)的电磁场、传导波的传导电流和传导电压所产生的干扰。

  二、提高抗干扰的措施
  
  通过合理配置供电电源、正确选择接地点、接地方式和输人输出配线等措施,可有效提高系统的抗干扰能力。

  1.供电电源
  
  由于PLC本身抗干扰的能力很强,通常只要将PLC电源与系统动力设备分开配线,对于来自电源的干扰,具有足够强的抑制能力。如果遇到特殊情况,电源干扰特别严重时。可采用带屏蔽层的隔离变压器供电,甚至加接线路滤波器,以抑制从交直流电源侵人的常模和共模瞬变干扰,还可抑制PLC内部开关电源向外辐射的噪声。在有较强干扰源的环境中使用PLC,或对PLC工作可靠性要求特别高时。应将屏蔽层和PLC浮动地端子接地。

  2.接地
  
  在PLC控制系统中,具有多种形式的“地”,主要有:

  (1)信号地:是输入端信号元件——传感器的地。

  (2)交流地:交流供电电源的N线,通常它是产生噪声的主要地方。

  (3)屏蔽地:一般为防止静电、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与地壳连接。

  (4)保护地:一般将机器设备外壳或设备内独立器件的外壳接地。

  用以保护人身安全和防护设备漏电。

  为了抑制叠加在电源及输入、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1MHz-10MHz间采用哪种接地则视实际情况而定。因此。PLC组成的控制系统常用一点接地。接地线截面积不小于2平方毫米。接地电阻不大于100Ω,接地线最好是专用地线。若达不到这种要求。也可采用公共接地方式。禁止采用与其他设备串联接地的方式。

  交流电源在传输时。

  在相当一段间隔的电源导线上,会有几毫伏、甚至几伏的电压。而低电平信号传输要求沿路电平为零。为防止交流电对低电平信号的干扰。在直流信号的导线上要加隔离屏蔽:不允许信号源与交流电共用一根地线;各个接地点通过接地铜片连接到一起。

  屏蔽地、保护地不能与电源地、信号地和其他地扭在一起。只能各自独立的接到接地铜牌上。为减少信号的电容耦合噪声。可采用多种屏蔽措施。对于电场屏蔽的分布电容问题,通过将屏蔽地接人大地可解决。对于纯防磁的部位,例如强磁铁、变压器、大电机的磁场耦合。

  可采用高导磁材料作外罩。将外罩接人大地来屏蔽。
 3.榆入、输出配线
  
  (1)引线分开PLC电源线、I/O电源线、输入信号线、输出信号线、交流线、直流线都应尽量分开布线。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。
  并且要将屏蔽层接地。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。
  (2)输入、输出信号的防错当输入信号源为晶体管或是光电开关输出类型时,在关断时仍有较大的漏电流。而PLC的输入继电器灵敏度较高。如漏电流干扰超过一定值。就形成了误信号。同样。当输出元件为双向晶闸管或是晶体管输出。而外部负载又很小时。会因为这类输出元件在关断时有较大的漏电流。引起微小电流负载的误动,导致输入与输出信号的错误。给设备和人身造成不良后果。
  解决办法是,在这类输入、输出端并联旁路电阻。以减小PLC输入电流和外部负载上的电流。电路接线如下图所示。图中的旁路电阻参数口1按下式求出:
  R<I1-0.25In分之Um式中。I1为输入信号源或输出晶闸管最大漏电流;Urn为输入信号电压或外部负载电压最大值:In为输入点或外部负载的额定电流。
  还有一种方法。就是在PLC输入端加RC滤波环节。利用RC的延迟作用来抑制窜入脉冲所引起的干扰。在晶闸管输出的负载两端并联RC浪涌电流抑制器。减小漏电流的干扰。


  三、从软件设计方面提高系统抗干扰能力
  
  PLC内部具有丰富的功能模块。如定时器、计数器、辅助继电器等。
  利用它们设计一些程序。
  可以屏蔽输入元件的误信号。防止输出元件的误动作。提高系统的抗干扰能力。
  1.利用PLC内部定时器。屏蔽输入端可能出现的误信号。
  在PLC组成的自动控制系统中。每一次循环。各工作步骤的动作时间通常是固定不变的。行程开关(或其他敏感元件。如光电开关)总是在该工作步骤的同一时刻发出信号。根据这一特点。用两个内部定时器。限定眦只在该开关正常发信号的时间内采样。就可屏蔽掉其余时间可能发出的误信号,即干扰信号。下图所示是以FX2N-48MR型PLC控制为例(本文中所举例子均用此机型)。某自动生产线上对输入X000采样的梯形图程序及时序图。根据计算和实测,正常情况下,输入X000总是在输出Y000启动后0.7s左右发出信号。但在实际运行时,由于现场环境恶劣,X000有可能发出误信号。引起控制系统的错误动作。现在,将定时器TO的延迟时间设为0.5s。T1的延迟时间设为0.9s,从图1中可知,只有在Y000=1后0.5s~0.9s的时间内采样的,X000信号,才被认为是有效信号M0.在其余时间。即使X000误发信号。也会被屏蔽掉。



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