(完整版)PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施

1、PLC 控制系統(tǒng)的抗干擾措施 0 前言 PLC （可編程控制器）是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制的設(shè)備，生 產(chǎn)廠家 在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施， 所以具有較強(qiáng) 的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、 運(yùn)行穩(wěn)定性和較高的可靠性， 因此一般不需要采取 什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。 但是由于它直接和現(xiàn)場(chǎng)的 I/O 設(shè)備相 連，外來(lái)干擾很容易通過(guò)電源線或 I/O 傳輸線侵入，從而引起控制系統(tǒng)的誤動(dòng)作。 尤其是當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過(guò)于惡劣， 電磁干擾特別強(qiáng)烈， 或者安裝使用不當(dāng)， 都不能保 證 PLC 的正常運(yùn)行。所以要提高 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性，就要從多方面提高系 統(tǒng)的抗干擾能力。 1 干

2、擾源及其分類(lèi) 影響 PLC 控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源一樣，大都 產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位， 這些電荷劇烈移動(dòng)的部位就是噪聲源， 即干 擾源。 干擾類(lèi)型通常按噪聲產(chǎn)生的原因、 噪聲干擾模式和噪聲的波形性質(zhì)的不同劃 分。 1、按噪聲產(chǎn)生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等。 2、按噪聲的波形、性質(zhì)不同，分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等。 3、按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。 （1）共模干擾是信號(hào)對(duì)地的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電 磁輻射在信號(hào)線上感應(yīng)的共態(tài) （同方向） 電壓迭加所形成。 共模電壓通過(guò)不對(duì)稱(chēng) 電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓， 直接影響測(cè)

3、控信號(hào)， 造成元器件損壞 （這就是一些系統(tǒng) I/O 模件損壞率較高的主要原因），這種共模干擾可為直流，亦可為交流。 （2）差模干擾是指作用于信號(hào)兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場(chǎng)在信 號(hào)間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓， 這種干擾疊加在信號(hào) 上，直接影響測(cè)量與控制精度。 2 PLC 控制系統(tǒng)干擾的主要來(lái)源 1、來(lái)自空間的輻射干擾?？臻g的輻射電磁場(chǎng)（ EMI ），主要由電力網(wǎng)絡(luò)、 電氣設(shè)備的暫態(tài)過(guò)程、雷電、無(wú)線電廣播、電視、雷達(dá)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn) 生，通常稱(chēng)為輻射干擾，其分布極為復(fù)雜。其影響主要通過(guò)兩條路徑：一是直接 對(duì) PLC 內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；二是對(duì) PLC

4、 通信網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通 信線路的感應(yīng)引入干擾。 輻射干擾與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)大小特 別是頻率有關(guān)。 2、來(lái)自電源的干擾。因電源引入的干擾造成 PLC 控制系統(tǒng)故障的情況很多， 更換隔離性能好的 PLC 電源，才能解決問(wèn)題。 PLC 系統(tǒng)的正常供電電源均由電 網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣， 它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓 和電流。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，如開(kāi)關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流 傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過(guò)輸電線路傳到電源原邊。 3、來(lái)自信號(hào)線引入的干擾。與 PLC 控制系統(tǒng)連接的各類(lèi)信號(hào)傳輸線，除了 傳輸有效的各類(lèi)信息外，總會(huì)有外部干擾信

5、號(hào)侵入。 此干擾主要有兩種途徑： 一是通過(guò)變送器供電電源或共用信號(hào)儀表的供電電 源串入的電網(wǎng)干擾， 這往往被忽視； 二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾， 即 信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾，這是很?chē)?yán)重的。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起 I/O 信號(hào)工作 異常，大大降低測(cè)量精度，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng)， 還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾， 引起共地系統(tǒng)總線回流， 造成邏輯數(shù)據(jù)變化、 誤動(dòng)和 死機(jī)。PLC控制系統(tǒng)因信號(hào)引入干擾造成I/O模件損壞相當(dāng)嚴(yán)重，由此引起系統(tǒng) 故障的情況也很多。 4、來(lái)自接地系統(tǒng)混亂的干擾。PLC控制系統(tǒng)正確的接地，是為了抑制電磁 干擾的影響， 又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾； 而錯(cuò)誤

6、的接地， 反而會(huì)引入嚴(yán)重的干 擾信號(hào)，使 PLC 系統(tǒng)無(wú)法正常工作。 PLC 控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、 交流地和保護(hù)地等。 這樣會(huì)引起各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均， 不同接地點(diǎn)間存在地 電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地， 如果電纜屏蔽層兩端 A、 B 都接地，就存在地電位差，有電流流過(guò)屏蔽層，當(dāng)發(fā) 生異常情況時(shí)，地線電流將更大。 屏蔽層、 接地線和大地也有可能構(gòu)成閉合環(huán)路， 在變化磁場(chǎng)的作用下， 屏蔽 層內(nèi)會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流， 通過(guò)屏蔽層和芯線之間的耦合干擾信號(hào)回路。 若系統(tǒng)地與 其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生電位分布，影響 PLC 內(nèi)邏

7、輯電路和模擬電路的正常工作。 PLC 工作的邏輯電壓干擾容限較低， 邏輯地 電位的分布干擾容易影響 PLC 的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑 飛或死機(jī)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測(cè)量精度下降， 引起信號(hào)測(cè)控失真和誤動(dòng)作。 5、來(lái)自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾。主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁 輻射產(chǎn)生， 如邏輯電路相互輻射及其對(duì)模擬電路的影響， 模擬地與邏輯地的相互 影響及元器件間的相互不匹配使用等。 要選擇具有較多應(yīng)用實(shí)績(jī)或經(jīng)過(guò)考驗(yàn)的系 統(tǒng)。 3 抗干擾措施 3.1 硬件抗干擾措施 3. 1. 1 PLC控制系統(tǒng)的工作環(huán)境 1、溫度：PLC要求環(huán)境溫度在055C。安裝時(shí)不能放在發(fā)熱量大的

8、元件附 近，四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大；基本單元與擴(kuò)展單元雙列安裝時(shí)要有30mm 以上的距離；開(kāi)關(guān)柜上、下部應(yīng)有通風(fēng)的百葉窗，防止太陽(yáng)直接照射。如果環(huán)境 溫度超過(guò)55C要設(shè)法強(qiáng)迫降溫。 2、濕度：一般應(yīng)小于85%，以保證PLC有良好的絕緣。 3、震動(dòng)：應(yīng)使PLC遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的震動(dòng)源。防止振動(dòng)頻率為 1055KHZ的頻繁 或連續(xù)振動(dòng)。當(dāng)使用環(huán)境不可避免震動(dòng)時(shí)，必須米取減震措施。 4、空氣：避免有腐蝕和易燃?xì)怏w，例如氯化氫、硫化氫等。對(duì)于空氣中有 較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將 PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜 中，并安裝空氣凈化裝置。 5、電源：PLC采用單相工頻交流電源供電時(shí)，對(duì)電壓的要求

9、不嚴(yán)格，也具有較強(qiáng)的抗電源 干擾能力。對(duì)于可靠性要求很高或干擾較強(qiáng)的環(huán)境，可以使用帶屏蔽層隔離變壓器減少電源 干擾。還可以在電源輸入端串接 LC濾波電路。如圖1所示，當(dāng)輸入端使用外接直流電源時(shí)， 應(yīng)用選用直流穩(wěn)壓電源。使用普通的整流濾波電源，由于波紋的影響，容易使PLC接收到 錯(cuò)誤信息。 圖1 PLC電源- 3. 1.2安裝與布線 1、 動(dòng)力線、控制線以及PLC的電源線和I/O線應(yīng)用分別配線，隔離變壓器 與PLC和I/O之間應(yīng)用采用雙絞線連接。 2、PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源如電焊機(jī)、大功率硅整流裝置和大型動(dòng)力設(shè)備，不 能與高壓電器安裝在同一個(gè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi) 3、PLC 的輸入與輸出最好分開(kāi)走線， 開(kāi)關(guān)量

10、與模擬量信號(hào)線也要分開(kāi)敷設(shè)。 模擬量信號(hào)的傳送采用屏蔽線， 屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地， 接地電阻應(yīng)小于屏蔽 層電阻的 1/10。 4、PLC 基本單元與擴(kuò)展單元以及功能模塊的連接線纜應(yīng)用單獨(dú)敷設(shè)，以防 外界信號(hào)干擾。 5、交流輸出線和直流輸出不要用同一個(gè)根電纜，輸出線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高電壓 線和動(dòng)力線。 3.1.3 I/O 端的接線 1、輸入接線 (1) 輸入接線一般不要超過(guò)30m,但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時(shí)， 輸入接線可適當(dāng)長(zhǎng)些。 ( 2)輸入 /輸出線不能用同一根電纜，輸入 /輸出線要分開(kāi)。 (3) 盡可能采用常開(kāi)觸點(diǎn)形式連接到輸入端，使編制的梯形圖與繼電器原 理圖一致，便于閱讀。 2、輸出

11、接線 ( 1 )輸出端接線分為獨(dú)立輸出和公共輸出。在不同組中，可采用不同類(lèi)型 和電壓等級(jí)的輸出電壓， 但在同一組中的輸出只能用于同一類(lèi)型、 同一電壓等級(jí) 的電源。 (2) 由于 PLC 的輸出元件被封裝在印制電路板上，并且連接至端子板，若 將連接輸出元件的負(fù)載短路， 將燒毀印制電路板， 因此，應(yīng)用熔絲保護(hù)輸出元件。 ( 3 )采用繼電器輸出時(shí)，所承受的電感性負(fù)載的大小，會(huì)影響到繼電器的 工作壽命，因此使用電感性負(fù)載時(shí)應(yīng)選擇工作壽命較長(zhǎng)的繼電器。 ( 4) PLC 的輸出負(fù)載可能產(chǎn)生干擾，因此要采取措施加以控制。 3.1.4 PLC 的接地 良好的接地是保證 PLC 可靠性工作的重要條件， 可以

12、避免偶然發(fā)生的電壓沖 擊危害。 PLC 的接地線與設(shè)備的接地端相連，接地線的截面積應(yīng)不小于2mm2， 接地電阻要小于100 Q;如果要擴(kuò)展單元，其接地點(diǎn)應(yīng)與基本單元的接地點(diǎn)連在 一起。為了有效抑制加在電源和輸入、輸出端的干擾，應(yīng)給 PLC 接上專(zhuān)用的地 線，接地點(diǎn)應(yīng)與動(dòng)力設(shè)備的接地點(diǎn)分開(kāi); 如果達(dá)不到這種要求， 也必須做到與其 它設(shè)備公共接地，接地點(diǎn)要盡量靠近 PLC，嚴(yán)禁PLC與其他設(shè)備串聯(lián)接地。 3.2 軟件抗干擾措施 硬件抗干擾措施的目的是盡可能地切斷干擾進(jìn)入控制系統(tǒng)， 但由于干擾存在 的隨機(jī)性， 尤其是在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下， 硬件抗干擾措施并不能將各種干擾完全拒 之門(mén)外，這時(shí)，可以發(fā)揮軟件

13、的靈活性與硬件措施相結(jié)合來(lái)提高系統(tǒng)的抗干擾能 力。 1、利用“看門(mén)狗”方法對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控 PLC 內(nèi)部具有豐富的軟元件，如定時(shí)器、 計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等，利用它們 來(lái)設(shè)計(jì)一些程序， 可以屏蔽輸入元件的誤信號(hào)， 防止輸出元件的誤動(dòng)作。 在設(shè)計(jì) 應(yīng)用程序時(shí)，可以利用“看門(mén)狗”方法實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各組成部分運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。 如用 PLC 控制某一運(yùn)動(dòng)部件時(shí)，編程時(shí)可定義一個(gè)定時(shí)器作 看門(mén)狗用，對(duì)運(yùn) 動(dòng)部件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。 定時(shí)器的設(shè)定值， 為運(yùn)動(dòng)部件所需要的最大可能時(shí) 間。在發(fā)出該部件的動(dòng)作指令時(shí)，同時(shí)啟動(dòng) 看門(mén)狗 定時(shí)器。若運(yùn)動(dòng)部件在規(guī)定 時(shí)間內(nèi)達(dá)到指定位置， 發(fā)出一個(gè)動(dòng)作完成信號(hào)， 使定

14、時(shí)器清零， 說(shuō)明監(jiān)控對(duì)象工 作正常；否則，說(shuō)明監(jiān)控對(duì)象工作不正常，發(fā)出報(bào)警或停止工作信號(hào)。 2 、消抖 在振動(dòng)環(huán)境中， 行程開(kāi)關(guān)或按鈕常常會(huì)因?yàn)槎秳?dòng)而發(fā)出誤信號(hào)， 一般的抖動(dòng) 時(shí)間都比較短，針對(duì)抖動(dòng)時(shí)間短的特點(diǎn)，可用 PLC 內(nèi)部計(jì)時(shí)器經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的 延時(shí)，得到消除抖動(dòng)后的可靠有效信號(hào)，從而達(dá)到抗干擾的目的。 3 、用軟件數(shù)字濾波的方法提高輸入信號(hào)的信噪比 為了提高輸入信號(hào)的信噪比，常采用軟件數(shù)字濾波來(lái)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)采樣五次， 若某一次采 樣值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它幾次采樣的幅值，那么就舍去之。對(duì)于流量、壓力、液面、位 移等參數(shù)，往往會(huì)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(lái)代替當(dāng)前值。一般認(rèn)為：流