工業(yè)控制系統(tǒng)中應用的ＰＬＣ抗干擾技術

1、工業(yè)控制系統(tǒng)中應用的抗干擾技術【摘 要】PLC控制系統(tǒng)在工業(yè)應用中會受到各種干擾，本文對PLC抗干擾技術進行了詳細論述，并總結了抑制、消除干擾的常用方法和一些對策。 【關鍵詞】PLC 干擾類型 抗干擾 1 前言 工業(yè)控制系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC，它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環(huán)境中，雖然PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設計的控制裝置，具有較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運行的穩(wěn)定性和較高的可靠性，但是由于它直接和現(xiàn)場的I/O設備相連，外來干擾很容易通過電源線或I/O傳輸線侵入，從而引起控制系統(tǒng)的錯誤動作。PLC受到的干擾可分為外部干擾和內部干擾。外部干擾與系統(tǒng)結構無關，是隨機的，

2、且干擾源是無法消除的，只能針對具體情況加以限制；內部干擾與系統(tǒng)結構有關，主要通過系統(tǒng)內交流主電路，模擬量輸入信號等引起，可合理設計系統(tǒng)線路來削弱和抑制內部干擾和防止外部干擾。 2 PLC系統(tǒng)的基本組成結構 可編程控制器硬件系統(tǒng)由PLC、功能I/O單元和外部設備組成，如圖1所示。其中PLC由CPU、存儲器、基本I/O模塊、I/O擴展接口、外設接口和電源等部分組成，各部分之間由內部系統(tǒng)總線連接。 3 抗干擾的技術對策分析 為防止干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾措施。其中，硬件抗干擾是主要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來抑制和消除干擾源，切斷干擾對系統(tǒng)的耦合通道，降低系統(tǒng)對干擾信號的敏感性。軟件

3、抗干擾技術作為硬件措施的輔助手段，減少隨機性信號的干擾，其設計簡單、修改靈活、耗費資源少，在PLC測控系統(tǒng)中同樣獲得了廣泛的應用。 3.1硬件抗干擾對策 3.1.1電源系統(tǒng)引入的干擾對策 電網(wǎng)的干擾、頻率的波動，將直接影響到PLC系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。如何抑制電源系統(tǒng)的干擾是提高PLC的抗干擾性能的主要環(huán)節(jié)。 (1)加裝濾波、隔離、屏蔽、開關穩(wěn)壓電源系統(tǒng) 濾波器可抑制干擾信號從電源線傳導到系統(tǒng)中。使用隔離變壓器，屏蔽層要良好接地；次級連接線要使用雙繞線(減少電線間的干擾)，隔離變壓器的初級繞組和次級繞組應分別加屏蔽層，初級的屏蔽層接交流電網(wǎng)的零線；次級的屏蔽層和初級間屏蔽層接直流端。開頭穩(wěn)壓電

4、源可抑制電網(wǎng)大容量設備起停引起電網(wǎng)電壓的波動，保持供電電壓的穩(wěn)壓。 (2)分離供電系統(tǒng) PLC的控制器與I/O系統(tǒng)分別由各自的隔離變壓器供電，并與主電源分開，這樣當輸入輸出供電斷電時，不會影響到控制器的供電。 3.1.2接地抗干擾對策 接地是抑制噪聲和防止干擾的重要手段，良好的接地方式可在很大程度上抑制內部噪聲的耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。給PLC接以專用地線可抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾。接地線與動力設備的接地點應分開，若達不到此要求，則可與其它設備公共接地，嚴禁與其它設備串聯(lián)接地。接地電阻要小于5，接地線要粗，面積要大于2平方毫米，而且接地點最好靠近PLC裝置，其

5、間的距離要小于50米，接地線應避開強電回路，若無法避開時，應垂直相交，縮短平行走線的長度。 3.1.3抑制輸入輸出電路引入的干擾對策 為了實現(xiàn)輸入輸出電路上的完全隔離，近年來在控制系統(tǒng)中廣泛應用光電耦合。光電耦合器具有以下特點：首先，由于是密封在一個管殼內，不會受到外界光的干擾；其次，由于靠光傳送信號，切斷了各部件電路之間地線的聯(lián)系；第三，發(fā)光二極管動態(tài)電阻非常小，而干擾源的內阻一般很大，能夠傳送到光電耦合器輸入輸出的干擾信號就變得很??；第四，光電耦合器的傳輸比和晶體管的放大倍數(shù)相比，一般很小，遠不如晶體管對干擾信號那么靈敏，而光電耦合器的發(fā)光二極管只有在通過一定的電流時才能發(fā)光。因此，即使是

6、在干擾電壓幅值較高的情況下，由于沒有足夠的能量，仍不能使發(fā)光二極管發(fā)光，從而可以有效地抑制掉干擾信號。 (1)光電耦合輸入電路如圖2所示。其中(a)、(b)用的較多，(a)為高電平時接成形式，(b)為低電平輸入時接成形式。(c)為差動型接法，適用于外部干擾嚴重的環(huán)境，當外部設備電流較大時，其傳輸距離可達100200m。(d)考慮到COMS電路的輸出驅動電流較小，不能直接帶動發(fā)光二極管，加接一級晶體管作為功率放大。 (2)光電耦合輸出電路如圖3所示。(a)為同相輸出，(b)為反相輸出，當輸出電路所驅動的元件較多時，可以加接一級晶體管作為驅動功率放大，如(c)所示。有時為了獲得更好的輸出波形，輸出

7、信號可經(jīng)施密特電路整形。 以上兩點是對開關量輸入輸出信號的處理方法，而對模擬輸入輸出信號，為了消除工業(yè)現(xiàn)場瞬時干擾對它的影響，除加A/D、D/A轉換電路和光電耦合外，可根據(jù)需要采取軟件的數(shù)字濾波技術如中值法、一階遞推數(shù)字濾波法等算法。 3.1.4外部配線的抗干擾設計 外部配線之間存在著互感和分布電容，進行信號傳送時會產(chǎn)生竄擾。為了防止或減少外部配線的干擾，交流輸入、輸出信號與直流輸入、輸出信號應分別使用各自的電纜。集成電路或晶體管設備的輸入、輸出信號線，要使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在輸入、輸出側要懸空，而在控制器側要接地。配線時在30m以下的短距離，直流和交流輸入、輸出信號線最好不要使用同一電纜，

8、如果要走同一配線管時，輸入信號要使用屏蔽電纜。30300m距離的配線時，直流和交流輸入、輸出信號線要分別使用各自的電纜，并且輸入信號線一定要用屏蔽線。對于300m以上長距離配線時，則可用中間繼電器轉換信號，或使用遠程I/O通道。對于控制器的接地線要與電源線或動力線分開，輸入、輸出信號線要與高電壓、大電流的動力線分開配線。 3.2軟件抗干擾措施 為了提高輸入信號的信噪比，常采用軟件數(shù)字濾波來提高有用信號真實性。對于有大幅度隨機干擾的系統(tǒng)，采用程序限幅法，即連續(xù)采樣5次，若某一次采樣支援遠大于其他幾次采樣的幅值，那么就舍取之。對于流量、壓力、液面、位移等參數(shù)，往往在一定范圍內頻繁波動，則采用算術平

9、均法。 (1)信號保護和恢復：當偶爾性故障發(fā)生時，不破壞PLC內部的信息，一旦故障現(xiàn)象消失，就可以恢復正常，繼續(xù)原來的工作。 (2)故障診斷：系統(tǒng)軟件定期地檢測外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強干擾信號等，以便及時反映和處理。 (3)加強對程序的檢查和校驗：一旦程序有錯，立即報警，并停止執(zhí)行程序。 (4)設置警戒時鐘WDT：如果程序循環(huán)掃描執(zhí)行時間超過了WDT規(guī)定的時間，預示了程序進入死循環(huán)，立即報警。 4 結束語 隨著PLC應用范圍的逐漸擴大，加之系統(tǒng)惡劣的工作環(huán)境，它所要克服的干擾就會越來越多，盡管PLC本機的可靠度很高。但是在系統(tǒng)設計和安裝時，仍必須對環(huán)境作全面的分析，確定干擾的性質，采取相應的抗干擾措施，以