提高PLC控制系统的可靠性需关注的几个问题

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　　摘要：文章分析了PLC控制系统电磁干扰的主要类型，提出了提高PLC控制系统可靠性的几种方法。
　　关键词：PLC控制系统；电磁干扰；抗干扰
　　可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC，是一种将传统的继电器控制技术、微机技术和通讯技术相融合，专为工业控制而设计的专用控制器。要提高PLC控制系统的可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面要求在工程设计、安装施工和使用维护时高度重视，采取有效措施增强系统的抗干扰性能。
　　一、PLC控制系统电磁干扰的主要类型
　　（一）电源干扰
　　正常情况下，PLC系统的电源由电网供电。由于电网覆盖面广，它将受到空间电磁干扰而在线路上产生感应电压和电流，而电网内部电压和电流的变化，可通过输电线路传到电源中。PLC电源通常采用的是隔离电源，但由于受机构及制造工艺等因素影响，其隔离效果并不理想。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。实践证明，PLC控制系统的很多故障是由电源引入的干扰引起的。
　　（二）信号线干扰
　　与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除传输有效信息外，还传输外部干扰信号。干扰主要有2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入的电网干扰；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰。由信号线引入的干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度降低，严重时将引起元器件损伤；对隔离性能差的系统，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、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰易造成I/O模件损坏，从而引起系统故障。
　　（三）接地系统干扰
　　接地是提高PLC控制系统可靠工作的有效手段之一。正确接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；错误接地，会引入严重的干扰信号，使PLC系统无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统接地、屏蔽接地、交流接地和保护接地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在接地电位差，引起接地环路电流，从而影响系统正常工作。
　　（四）空间辐射干扰
　　空间辐射主要是由电力网络、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，其分布极为复杂。若PLC系统置于辐射场内，就会受到辐射干扰，其影响主要有2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入干扰。辐射干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或PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。
　　二、提高PLC控制系统的可靠性的主要措施
　　（一）抗电源干扰措施
　　电源是干扰进入PLC的主要途径之一，电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的，各种大功率用电设备是主要的干扰源。如果PLC使用交流电源，在干扰较强或对可靠性要求很高的场合，可以在PLC的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器，隔离变压器可以抑制从电源线窜入的外来干扰，提高高频共模干扰能力，屏蔽层应可靠地接地。高频干扰信号不是通过变压器的绕组耦合，而是通过初级、次级绕组之间的分布电容传递的。在初级、次级绕组之间加绕屏蔽层，并将它和铁芯一起接地，可以减少绕组间的分布电容，提高抗高频干扰的能力。
　　（二）防输入信号干扰措施
　　1．防感性输入信号干扰的措施。在输入端有感性负载时，为了防止反冲感应电势损坏模块，在负载两端并接电容C和电阻R（交流输入信号），或并接续流二极管VD（直流输入信号）。交流输入方式时，C、R的选择要适当才能起到较好的效果，一般参考数值为负荷容量如在10VA以下，一般分别选0.1μF、120欧；负荷容量在l0VA以上时，一般分别选0.47μF、47欧较适宜。直流输入方式时，并接续流二极管。如果与输入信号并接的电感性负荷大时，使用继电器中转效果最好。
　　2．防感应电压的措施。一可采用输入电压的直流化即如果可能的话，在感应电压大的场合，改交流输入为直流输入；二可在输入端并接浪涌吸收器；三在长距离配线和大电流的场合，由于感应电压大，可用继电器转换。
　　（三）防输出信号干扰措施
　　在交流感性负载的场合，在负载的两端并接CR浪涌吸收器，而且CR愈靠近负载，其抗干扰效果愈好；在直流负载的场合，在负载的两端接续流二极管VD，二极管也要靠近负载，二极管的反向耐压最好是负载电压的4倍，另外也可用上述连接CR浪涌吸收器的方法解决；在开关时产生干扰较大的场合，对于交流负载可使用双向晶闸管输出模块；交流接触器的触点在开、闭时产生电弧干扰，可在触点两端连接CR浪涌吸收器，效果较好，要注意的是触点开时，通过CR浪涌吸收器会有一定的漏电流产生；电动机或变压器开关干扰时，可在线间采用CR浪涌吸收器；在控制盘内可用中间继电器进行中间驱动负载的方法。
　　（四）防外部配线干扰措施
　　为了防止或减少外部配线的干扰，要注意做到以下几点：交流输入/输出信号与直流输入/输出信号分别使用各自的电缆；在30m以上的长距离配线时，输入信号线与输出信号线分别使用各自的电缆；集成电路或晶体管设备的输入/输出信号线，必须使用屏蔽电缆，屏蔽层的处理应注意输入/输出侧悬空，而在控制器侧接地；控制器的接地线与电源线或动力线分开；输入/输出信号线与高电压、大电流的动力线分开配线；远距离配线有干扰或感应电压时，或敷设电缆有困难、费用较大时，可采用远程I/0的控制系统。
　　（五）正确选择接地点，完善接地系统
　　良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件，PLC一般最好单独接地，与其它设备分别使用各自的接地装置。另外，PLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠近PLC。同时，接地线的截面应>2mm2，总母线使用截面>60mm2的铜排；接地极的接地电阻应<2Ω并且最好埋在距建筑物10～15m远处；接地点必须与强电设备接地点相距10m以上。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理。
　　（六）利用软件编程提高系统工作可靠性
　　PLC内部具有丰富的软元件，如定时器、计数器、辅助继电器等，利用它们来设计一些程序，可有效的提高控制系统的可靠性、安全性，完善的程序不但要满足现场工艺流程和系统控制的要求，而且还要根据需要选用软件编程的方法进行信号相容性检查，其中包括：开关信号之间的状态是否矛盾，模拟值的变化范围是否正常，开关量和模拟量信号是否一致，以及各个信号的时序是否正确等。采取时间故障检测法、逻辑错误检测法、联锁控制等方法，充分利用PLC的软、硬件资源，精心设计电路和编写程序，能极大的提高系统的可靠性。
　　三、结语
　　PLC控制系统的工作可靠性不仅与硬件本身有关，而且还和软件、外围设备等因素有关，在实际设计中只有根据应用系统的具体特点和应用环境的具体条件，充分考虑到对PLC的各种不利因素，灵活地选择行之有效的可靠性设计技术和抗干扰方法，全面、合理地考虑系统的软件和硬件设计，才可以使PLC控制系统的工作可靠性和稳定性得到很大的提高。

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