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如何解決PLC控制系統的抗幹擾問題
作者:美林 來源:美林 點擊數:996 更新時間:2015-07-03
1.概述
随著(zhe)科學技(jì)術(shù)的發展,PLC在工(gōng)業(yè)控制中的應用越來越廣泛。PLC控制系統的可靠性直接影響到(dào)工(gōng)業(yè)企業(yè)的安全生(shēng)産和經濟運行,系統的抗幹擾能(néng)力是關系到(dào)整個(gè)系統可靠運行的關鍵。自(zì)動化系統中所使用的各種類型PLC,有的是集中安裝在控制室,有的是安裝在生(shēng)産現場和各電(diàn)機(jī)設備上(shàng),它們大多(duō)處在強電(diàn)電(diàn)路(lù)和強電(diàn)設備所形成的惡劣電(diàn)磁環境中。要提高(gāo)PLC控制系統可靠性,設計人員(yuán)隻有預先了解各種幹擾才能(néng)有效保證系統可靠運行。
2.電(diàn)磁幹擾源及對系統的幹擾是什麽?
影響PLC控制系統的幹擾源于一(yī)般影響工(gōng)業(yè)控制設備的幹擾源一(yī)樣,大都産生(shēng)在電(diàn)流或電(diàn)壓劇烈變化的部位,這些電(diàn)荷劇烈移動的部位就(jiù)是噪聲源,即幹擾源。
幹擾類型通(tōng)常按幹擾産生(shēng)的原因、噪聲的幹擾模式和噪聲的波形性質的不同劃分。其中:按噪聲産生(shēng)的原因不同,分為(wèi)放(fàng)電(diàn)噪聲、浪湧噪聲、高(gāo)頻振蕩噪聲等;按噪聲的波形、性質不同,分為(wèi)持續噪聲、偶發噪聲等;按聲音(yīn)幹擾模式不同,分為(wèi)共模幹擾和差模幹擾。共模幹擾和差模幹擾是一(yī)種比較常用的分類方法。共模幹擾是信号對地面的電(diàn)位差,主要由電(diàn)網串入、地電(diàn)位差及空間電(diàn)磁輻射在信号線上(shàng)感應的共态(同方向)電(diàn)壓送加所形成。共模電(diàn)壓有時較大,特别是采用隔離性能(néng)差的電(diàn)器(qì)供電(diàn)室,變送器(qì)輸出信号的共模電(diàn)壓普遍較高(gāo),有的可高(gāo)達130V以上(shàng)。共模電(diàn)壓通(tōng)過不對稱電(diàn)路(lù)可轉換成差模電(diàn)壓,直接影響測控信号,造成元器(qì)件(jiàn)損壞(這就(jiù)是一(yī)些系統I/O模件(jiàn)損壞率較高(gāo)的原因),這種共模幹擾可為(wèi)直流、亦可為(wèi)交流。差模幹擾是指用于信号兩極間的幹擾電(diàn)壓,主要由空間電(diàn)磁場在信号間耦合感應及由不平衡電(diàn)路(lù)轉換共模幹擾所形成的電(diàn)壓,這種直接疊加在信号上(shàng),直接影響測量與控制精度。
3.PLC控制系統中電(diàn)磁幹擾的主要來源有哪些呢(ne)?
(1)來自(zì)空間的輻射幹擾
空間的輻射電(diàn)磁場(EMI)主要是由電(diàn)力網絡、電(diàn)氣設備的暫态過程、雷電(diàn)、無線電(diàn)廣播、電(diàn)視、雷達、高(gāo)頻感應加熱設備等産生(shēng)的,通(tōng)常稱為(wèi)輻射幹擾,其分布極為(wèi)複雜(zá)。若PLC系統置于射頻場内,就(jiù)回受到(dào)輻射幹擾,其影響主要通(tōng)過兩條路(lù)徑;一(yī)是直接對 PLC内部的輻射,由電(diàn)路(lù)感應産生(shēng)幹擾;二是對PLC通(tōng)信内網絡的輻射,由通(tōng)信線路(lù)的感應引入幹擾。輻射幹擾與現場設備布置及設備所産生(shēng)的電(diàn)磁場大小(xiǎo),特别是頻率有關,一(yī)般通(tōng)過設置屏蔽電(diàn)纜和PLC局部屏蔽及高(gāo)壓洩放(fàng)元件(jiàn)進行保護。
(2)來自(zì)系統外引線的幹擾
主要通(tōng)過電(diàn)源和信号線引入,通(tōng)常稱為(wèi)傳導幹擾。這種幹擾在我國(guó)工(gōng)業(yè)現場較嚴重。
(3)來自(zì)電(diàn)源的幹擾
實踐證明,因電(diàn)源引入的幹擾造成PLC控制系統故障的情況很多(duō),筆者在某工(gōng)程調試中遇到(dào)過,後更換隔離性能(néng)更高(gāo)的PLC電(diàn)源,問題才得到(dào)解決。
PLC系統的正常供電(diàn)電(diàn)源均由電(diàn)網供電(diàn)。由于電(diàn)網覆蓋範圍廣,将受到(dào)所有空間電(diàn)磁幹擾而在線路(lù)上(shàng)感應電(diàn)壓和電(diàn)路(lù)。尤其是電(diàn)網内部的變化,開(kāi)關操作浪湧、大型電(diàn)力設備起停、交直流轉動裝置引起的諧波、電(diàn)網短路(lù)暫态沖擊等,都通(tōng)過輸電(diàn)線路(lù)到(dào)電(diàn)源邊。 PLC電(diàn)源通(tōng)常采用隔離電(diàn)源,但其機(jī)構及制造工(gōng)藝因素使其隔離性并不理想。實際上(shàng),由于分布參數特别是分布電(diàn)容的存在,絕對隔離是不可能(néng)的。
(4)來自(zì)信号線引入的幹擾
與PLC控制系統連接的各類信号傳輸線,除了傳輸有效的各類信号之外,總會(huì)有外部幹擾信号侵入。此幹擾主要有兩種途徑:一(yī)是通(tōng)過變送器(qì)或共用信号儀表的供電(diàn)電(diàn)源串入的電(diàn)網幹擾,這往往被忽略;二是信号線受空間電(diàn)磁輻射感應的幹擾,即信号線上(shàng)的外部感應幹擾,這是很嚴重的。由信号引入幹擾會(huì)引起I/O信号工(gōng)作異常和測量精度大大降低(dī),嚴重時将引起元器(qì)件(jiàn)損傷。對于隔離性能(néng)差的系統,還(hái)将導緻信号間互相(xiàng)幹擾,引起共地系統總線回流,造成邏輯數據變化、誤動和死機(jī)。PLC控制系統因信号引入幹擾造成I/O模件(jiàn)損壞數相(xiàng)當嚴重,由此引起系統故障的情況也很多(duō)。
(5)來自(zì)接地系統混亂時的幹擾
接地是提高(gāo)電(diàn)子設備電(diàn)磁兼容性(EMC)的有效手段之一(yī)。正确的接地,既能(néng)抑制電(diàn)磁幹擾的影響,又(yòu)能(néng)抑制設備向外發出幹擾;而錯(cuò)誤的接地,反而會(huì)引入嚴重的幹擾信号,使PLC系統将無法正常工(gōng)作。PLC控制系統的地線包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統混亂對PLC系統的幹擾主要是各個(gè)接地點電(diàn)位分布不均,不同接地點間存在地電(diàn)位差,引起地環路(lù)電(diàn)流,影響系統正常工(gōng)作。例如電(diàn)纜屏蔽層必須一(yī)點接地,如果電(diàn)纜屏蔽層兩端A、B都接地,就(jiù)存在地電(diàn)位差,有電(diàn)流流過屏蔽層,當發生(shēng)異常狀态加雷擊時,地線電(diàn)流将更大。
此外,屏蔽層、接地線和大地有可能(néng)構成閉合環路(lù),在變化磁場的作用下(xià),屏蔽層内有會(huì)出現感應電(diàn)流,通(tōng)過屏蔽層與芯線之間的耦合,幹擾信号回路(lù)。若系統地與其它接地處理混亂,所産生(shēng)的地環流可能(néng)在地線上(shàng)産生(shēng)不等電(diàn)位分布,影響PLC内邏輯電(diàn)路(lù)和模拟電(diàn)路(lù)的正常工(gōng)作。PLC工(gōng)作的邏輯電(diàn)壓幹擾容限較低(dī),邏輯地電(diàn)位的分布幹擾容易影響PLC的邏輯運算(suàn)和數據存儲,造成數據混亂、程序跑飛(fēi)或死機(jī)。模拟地電(diàn)位的分布将導緻測量精度下(xià)降,引起對信号測控的嚴重失真和誤動作。
(6)來自(zì)PLC系統内部的幹擾
主要由系統内部元器(qì)件(jiàn)及電(diàn)路(lù)間的相(xiàng)互電(diàn)磁輻射産生(shēng),如邏輯電(diàn)路(lù)互輻射及其對模拟電(diàn)路(lù)的影響,模拟地與邏輯地的相(xiàng)互影響及元器(qì)件(jiàn)間的相(xiàng)互不匹配使用等。這都屬于PLC制造廠對系統内部進行電(diàn)磁兼容設計的内容,比較複雜(zá),作為(wèi)應用部門(mén)是無法改變,可不必過多(duō)考慮,但要選擇具有較多(duō)應用實績或經過考驗的系統。
4.怎樣才能(néng)更好、更簡單解決PLC系統幹擾?
1)選用隔離性能(néng)較好的設備、選用優良的電(diàn)源,動力線和信号線走線要更加合理等等,也能(néng)解決幹擾,但是比較煩瑣、不易操作而且成本較高(gāo)。
2)利用信号隔離器(qì)這種産品解決幹擾問題。隻要在有幹擾的地方,輸入端和輸出端中間加上(shàng)這種産品,就(jiù)可有效解決幹擾問題。
5.為(wèi)什麽解決PLC系統幹擾都選信号隔離器(qì)呢(ne)?
1)使用簡單方便、可靠,成本低(dī)廉。
2)可大量減輕設計人員(yuán)、系統調試人員(yuán)工(gōng)作量,即使複雜(zá)的系統在普通(tōng)的設計人員(yuán)手裡(lǐ),也會(huì)變的非常可靠。
6.信号隔離器(qì)工(gōng)作原理是什麽?
首先将PLC接收的信号,通(tōng)過半導體器(qì)件(jiàn)調制變換,然後通(tōng)過光(guāng)感或磁感器(qì)件(jiàn)進行隔離轉換,然後再進行解調變換回隔離前原信号或不同信号,同時對隔離後信号的供電(diàn)電(diàn)源進行隔離處理。保證變換後的信号、電(diàn)源、地之間絕對獨立。
7.信号隔離器(qì)功能(néng)是什麽?
一(yī):保護下(xià)級的控制回路(lù)。
二:消弱環境噪聲對測試電(diàn)路(lù)的影響。
三:抑制公共接地、變頻器(qì)、電(diàn)磁閥及不明脈沖對設備的幹擾;同時對下(xià)級設備具有限壓、額流的功能(néng)是變送器(qì)、儀表、變頻器(qì)、電(diàn)磁閥PLC/DCS輸入輸出及通(tōng)訊接口的忠實防護。标準系列導軌結構,易于安裝,可有效的隔離:輸入、輸出和電(diàn)源及大地之間的電(diàn)位。能(néng)夠克服變頻器(qì)噪聲及各種高(gāo)低(dī)頻脈動幹擾。
8.現在市(shì)場有那麽多(duō)品牌的隔離器(qì),價格參差不齊,該怎麽選擇呢(ne)
隔離器(qì)位于二個(gè)系統通(tōng)道之間,所以選擇隔離器(qì)首先要确定輸入輸出功能(néng),同時要使隔離器(qì)輸入輸出模式(電(diàn)壓型、電(diàn)流型、環路(lù)供電(diàn)型等)适應前後端通(tōng)道接口模式。此外尚有精度�功耗�噪音(yīn)�絕緣強度�總線通(tōng)訊功能(néng)等許多(duō)重要參數涉及産品性能(néng),例如:噪音(yīn)與精度有關、功耗熱量與可靠性有關,這些需要使用者慎選。總之,适用、可靠、産品性價比是選擇隔離器(qì)的主要原則。
上(shàng)一(yī)篇:
PLC在工(gōng)業(yè)控制中的8大功能(néng)
下(xià)一(yī)篇:
工(gōng)控機(jī)依托工(gōng)業(yè)自(zì)動化發展市(shì)場規模迅速擴大