PLC抗干扰技术在工业控制系统中的应用

来源:用户上传      作者: 赵 静

　　摘要:PLC控制系统在工业应用中会受到各种干扰,本文对PLC抗干扰技术进行了详细论述,并总结了抑制、消除干扰的常用方法和一些对策。
　　关键词:PLC 干扰类型 抗干扰
　　
　　1 前言
　　工业控制系统中所使用的各种类型PLC,它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中,虽然PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置,具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行的稳定性和较高的可靠性,但是由于它直接和现场的I/O设备相连,外来干扰很容易通过电源线或I/O传输线侵入,从而引起控制系统的错误动作。PLC受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。外部干扰与系统结构无关,是随机的,且干扰源是无法消除的,只能针对具体情况加以限制;内部干扰与系统结构有关,主要通过系统内交流主电路,模拟量输入信号等引起,可合理设计系统线路来削弱和抑制内部干扰和防止外部干扰。
　　2 PLC系统的基本组成结构 可编程控制器硬件系统由PLC、功能I/O单元和外部设备组成。其中PLC由CPU、存储器、基本I/O模块、I/O扩展接口、外设接口和电源等部分组成,各部分之间由内部系统总线连接。
　　
　　3 抗干扰的技术对策分析 为防止干扰,可采用硬件和软件的抗干扰措施。其中,硬件抗干扰是主要的抗干扰措施,一般从抗和防两方面入手来抑制和消除干扰源,切断干扰对系统的耦合通道,降低系统对干扰信号的敏感性。软件抗干扰技术作为硬件措施的辅助手段,减少随机性信号的干扰,其设计简单、修改灵活、耗费资源少,在PLC测控系统中同样获得了广泛的应用。 3.1硬件抗干扰对策 3.1.1电源系统引入的干扰对策 电网的干扰、频率的波动,将直接影响到PLC系统的可靠性与稳定性。如何抑制电源系统的干扰是提高PLC的抗干扰性能的主要环节。
　　 (1) 滤波:对供电系统计输入线路采用多种形式的滤波处理,以消除和抑制高频干扰信号,也削弱了个模块间的相互影响。(2) 隔离:在微处理器与I/O电路之间,采用光电隔离措施,有效地把他们各离开来,以防外部的干扰信号及地线环路中产生的噪声电信号通过公共地线进入PLC本机,从而影响其正常工作。(3) 屏蔽:对电源变压器、中央处理器、编程器等主要部件,采用导电、导磁性良好的材料进行屏蔽处理,以防止外界干扰信号的影响。(4) 电源调整与保护:电源波动造成电压畸变或毛刺,将对PLC及I/O模块产生不良影响。对微处理器核心部件所需要的+5V电源采用多级滤波处理,并用集成电压调整器进行调整,以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。尽量时电源线平行走线,时电源线对地呈低阻抗,以减少电源噪声干扰。其屏蔽层接地方式不同,对干扰抑制效果不一样,一般次级线圈不能接地。输入、输出线应用双绞线且屏蔽层应可靠接地,以抑制共摸干扰。(5) 采用模块式结构:这种结构有助于在故障发生时进行短时期修复,一旦查出某一模块出现故障,可迅速更换,使系统恢复正常工作,同时也有助于加速查找系统故障的原因。3.1.2接地抗干扰对策 接地是抑制噪声和防止干扰的重要手段,良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合,防止外部干扰的侵入,提高系统的抗干扰能力。给PLC接以专用地线可抑制附加在电源及输入、输出端的干扰。接地线与动力设备的接地点应分开,若达不到此要求,则可与其它设备公共接地,严禁与其它设备串联接地。
　　3.1.3抑制输入输出电路引入的干扰对策 为了实现输入输出电路上的完全隔离,近年来在控制系统中广泛应用光电耦合。光电耦合器具有以下特点:首先,由于是密封在一个管壳内,不会受到外界光的干扰;其次,由于靠光传送信号,切断了各部件电路之间地线的联系;第三,发光二极管动态电阻非常小,而干扰源的内阻一般很大,能够传送到光电耦合器输入输出的干扰信号就变得很小;第四,光电耦合器的传输比和晶体管的放大倍数相比,一般很小,远不如晶体管对干扰信号那么灵敏,而光电耦合器的发光二极管只有在通过一定的电流时才能发光。因此,即使是在干扰电压幅值较高的情况下,由于没有足够的能量,仍不能使发光二极管发光,从而可以有效地抑制掉干扰信号。 3.1.4外部配线的抗干扰设计 外部配线之间存在着互感和分布电容,进行信号传送时会产生窜扰。为了防止或减少外部配线的干扰,交流输入、输出信号与直流输入、输出信号应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,要使用屏蔽电缆,屏蔽电缆在输入、输出侧要悬空,而在控制器侧要接地。配线时在30m以下的短距离,直流和交流输入、输出信号线最好不要使用同一电缆,如果要走同一配线管时,输入信号要使用屏蔽电缆。30～300m距离的配线时,直流和交流输入、输出信号线要分别使用各自的电缆,并且输入信号线一定要用屏蔽线。对于300m以上长距离配线时,则可用中间继电器转换信号,或使用远程I/O通道。对于控制器的接地线要与电源线或动力线分开,输入、输出信号线要与高电压、大电流的动力线分开配线。 3.2软件抗干扰措施 为了提高输入信号的信噪比,常采用软件数字滤波来提高有用信号真实性。对于有大幅度随机干扰的系统,采用程序限幅法,即连续采样5次,若某一次采样支援远大于其他几次采样的幅值,那么就舍取之。对于流量、压力、液面、位移等参数,往往在一定范围内频繁波动,则采用算术平均法。 (1)信号保护和恢复:当偶尔性故障发生时,不破坏PLC内部的信息,一旦故障现象消失,就可以恢复正常,继续原来的工作。(2)故障诊断:系统软件定期地检测外界环境,如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等,以便及时反映和处理。(3)加强对程序的检查和校验:一旦程序有错,立即报警,并停止执行程序。(4)设置警戒时钟WDT:如果程序循环扫描执行时间超过了WDT规定的时间,预示了程序进入死循环,立即报警。
　　 4 结语随着PLC应用范围的逐渐扩大,加之系统恶劣的工作环境,它所要克服的干扰就会越来越多,尽管PLC本机的可靠度很高。但是在系统设计和安装时,仍必须对环境作全面的分析,确定干扰的性质,采取相应的抗干扰措施,以保证系统长期稳定的工作。
　　
　　参考文献:
　　 [1]种肇新,彭侃.可编程序控制器原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社,2006.
　　[2]李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2004.

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