plc控制系統(tǒng)的抗干擾解決方案
概述
自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型plc,有的是集中安裝在控制室,有的是分散安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場的各單機設備上,雖然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,但plc是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設計的控制裝置,在設計和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施,故具有較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運行穩(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)的誤動作。plc受到的干擾可分為外部干擾和內部干擾。在實際的生產(chǎn)環(huán)境下,外部干擾是隨機的,與系統(tǒng)結構無關,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。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。
分析硬件電路,提出硬件抗干擾措施
1、plc控制系統(tǒng)的安裝和使用環(huán)境
plc是專為工業(yè)控制設計的,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。但是在plc控制系統(tǒng)中,如果環(huán)境過于惡劣,或安裝使用不當,會降低系統(tǒng)的可靠性。plc使用環(huán)境溫度通常在0℃ ~55℃范圍內,應避免太陽光直接照射,安裝位置應遠離發(fā)熱量大的器件,同時應保證有足夠大的散熱空間和通風條件。環(huán)境濕度一般應小于85%,以保證plc有良好的絕緣。在含有腐蝕性氣體、濃霧或粉塵的場合,需將plc封閉安裝。此外,如果plc安裝位置有強烈的振動源,系統(tǒng)的可靠性也會降低,所以應采取相應的減振措施。
2 、plc的電源與接地
plc本身的抗干擾能力一般都很強。通常,只能將plc的電源與系統(tǒng)的動力設備電源分開配線,對于電源線來的干擾,一般都有足夠強的抑制能力。但是,如果遇上特殊情況,電源干擾特別嚴重,可加接一個帶屏蔽層的隔離變壓器以減少設備與地之間的干擾,提高系統(tǒng)的可靠性。如果一個系統(tǒng)中含有擴展單元,則其電源必須與基本單元共用一個開關控制,也就是說,它們的上電與斷電必須同時進行。良好的接地是保證plc安全可靠運行的重要條件。為了抑制附加在電源及輸入端、輸出端的干擾,應給plc接專用地線,并且接地點要與其它設備分開,如圖1(a)。若達不到這種要求,也可采用公共接地方式,如圖1(b)。但是禁止采用串聯(lián)接地方式,如圖1(c),因為它會使各設備間產(chǎn)生電位差而引入干擾。此外,接地線要足夠粗,接地電阻要小,接地點應盡可能靠近plc 。
接地的目的通常有兩個,其一為了安全,其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是plc控制系統(tǒng)抗干擾的重要措施之一。接地在消除干擾上起很大的作用。這里的接地是指決定系統(tǒng)電位的地,而不是信號系統(tǒng)歸路的接地。在plc控制系統(tǒng)中有許多懸浮的金屬架,它們是懼空中干擾的空中線,需要有決定電位的地線。交流地是plc控制系統(tǒng)供電所必需的,它通過變壓器中心點構成供電兩條回路之一。這條回路上的電流、各種諧波電流等是個嚴重的干擾源。因此交流地線、直流地線、模擬地和數(shù)字地等必須分開。數(shù)字地和模擬地的共點地 好置懸浮方式。地線各點之間的電位差盡可能小,盡量加粗地線,有條件可采用環(huán)形地線。系統(tǒng)地端子(lg)是抗干擾的中性端子,通常不需要接地,可是,當電磁干擾比較嚴重時,這個端子需與接大地的端子(gr)連接。
3 、plc的輸入、輸出設備
輸入電路是plc接受開關量、模擬量等輸入信號的端口,其元器件質量的優(yōu)劣、接線方式及是否牢靠也是影響控制系統(tǒng)可靠性的重要因素。以開關量輸入為例,按鈕、行程開關的觸點接觸要保持在良好狀態(tài),接線要牢固可靠。機械限位開關是容易產(chǎn)生故障的元件,設計時,應盡量選用可靠性高的接近開關代替機械限位開關。此外,按鈕觸點的選擇也影響到系統(tǒng)的可靠性。在設計電路時,應盡量選用可靠性高的元器件,對于模擬量輸入信號來說,常用的有4~20ma、0~20ma直流電流信號;0~5v、0~10v直流電壓信號,電源為直流24v。
對于開關量輸出來說,plc的輸出有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出三種形式,具體選擇哪種形式的輸出應根據(jù)負載要求來決定,選擇不當會使系統(tǒng)可靠性降低,嚴重時導致系統(tǒng)不能正常工作。如晶閘管輸出只能用于交流負載,晶體管輸出只能用于直流負載。此外,plc的輸出端子帶負載能力是有限的,如果超過了規(guī)定的 大限值,必須外接繼電器或接觸器,才能正常工作。外接繼電器、接觸器、電磁閥等執(zhí)行元件的質量,是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。常見的故障有線圈短路、機械故障造成觸點不動或接觸不良。這一方面可以通過選用高質量的元器件來提高可靠性,另一方面,在對系統(tǒng)可靠性及智能化要求較高的場合,可以根據(jù)電路中電流異常的情況對輸出單元的一些重點部位進行診斷,當檢測到異常信號時,系統(tǒng)按程序自動轉入故障處理,從而提高系統(tǒng)工作的可靠性。若plc輸出端子接有感性元件,則應采取相應的保護措施,以保護plc的輸出觸點。
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、輸出應分別使用各自的電纜;對于集成電路或晶體管設備的輸入、輸出信號線、必須使用屏蔽電纜,屏蔽電纜在輸入、輸出側懸空,而在控制側接地,其處理方式如圖2。