主頁 > 技術(shù)文章 > 淺談PLC抗干擾的措施 2024-10-18

淺談PLC抗干擾的措施

摘要：通過對PLC干擾源的分析探討抗干擾的措施。
引言：
        PLC可編程序控制器是以微處理器為核心，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。具有控制功能強，可靠性高，使用靈活方便，易于擴展等優(yōu)點而應(yīng)用越來越廣泛。在冶金、交通、化工、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，被成為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的三大支柱之一。
        高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。故障也就大大降低。盡管PLC在設(shè)計制造時已采取了很多措施，使它對工業(yè)環(huán)境比較適應(yīng)，但是為了確保整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，還是應(yīng)當(dāng)盡量使PLC有良好的工作環(huán)境條件，并采取必要的抗干擾措施。
        1、PLC控制系統(tǒng)干擾的主要來源及途徑：
        1.1電源的干擾。PLC系統(tǒng)控制的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾，空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾，若PLC系統(tǒng)置于所射頻場內(nèi)，就會收到輻射干擾，而在線路上感應(yīng)電壓。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，刀開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊�？赡茉斐沙绦蝈e誤或運算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設(shè)備的失控和誤動作，從而不能保證PLC的正常運行。
        1.2信號線引入的干擾。與PLC可編程控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信號之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾；二是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。
        1.3接地系統(tǒng)的干擾。接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴(yán)重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。
        1.4變頻器干擾。一是變頻器啟動及運行過程中產(chǎn)生諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，引起電網(wǎng)電壓畸變，影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量；二是變頻器的輸出會產(chǎn)生較強的電磁輻射干擾，影響周邊設(shè)備的正常工作。
        2、抗干擾的措施：
        2.1 電源干擾的抑制。一般通過設(shè)置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。選用隔離性能較好的設(shè)備、選用優(yōu)良的電源、動力線和信號線走線要更加合理等等，對電源變壓器、中央處理器、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁性良好的材料進行屏蔽處理，以防止外界干擾信號的影響。電源調(diào)整與保護:電源波動造成電壓畸變或毛刺，將對PLC可編程及I/O模塊產(chǎn)生不良影響。對微處理器核心部件所需要的＋5V電源采用多級濾波處理，并用集成電壓調(diào)整器進行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動和過電壓、欠電壓的影響。盡量時電源線平行走線，時電源線對地呈低阻抗，以減少電源噪聲干擾。其屏蔽層接地方式不同，對干擾抑制效果不一樣，一般次級線圈不能接地。輸入、輸出線應(yīng)用雙絞線且屏蔽層應(yīng)可靠接地，以抑制共摸干擾。
此外可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為1：1的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾，還可以在電源輸入端串接LC濾波電路等。
2.2 信號線引入的防干擾措施。動力線、控制線以及PLC的電源線和I/O線應(yīng)分別配線，隔離變壓器與PLC和I/O之間應(yīng)采用雙絞線連接。將PLC的I/O線和大功率線分開走線，如必須在同一線槽內(nèi)，分開捆扎交流線、直流線，若條件允許，分槽走線最好，這不僅能使其有盡可能大的空間距離，并能將干擾降到最低限度。此外利用信號隔離器解決干擾問題也是很理想的辦法，其原理是首先將PLC接收的信號，通過半導(dǎo)體器件調(diào)制變換，然后通過光感或磁感器件進行隔離轉(zhuǎn)換，然后再進行解調(diào)變換回隔離前原信號或不同信號，同時對隔離后信號的供電電源進行隔離處理。保證變換后的信號、電源、地之間絕對獨立。只要在有干擾的地方，輸入端和輸出端中間加上這種隔離器，就可有效解決干擾問題。
        2.3 正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)。良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。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)抗電磁干擾的重要措施之一。在PLC可編程控制系統(tǒng)中，具有多種形式的“接地”，主要有：（1）信號地。輸入端信號元件的地；（2）交流地。交流供電電源的N線；（3）屏蔽地。為防止靜電和磁場感應(yīng)而設(shè)置的外殼或金屬絲網(wǎng)，通過專門的銅導(dǎo)線將其接入地下；（4）保護地。將機器設(shè)備的外殼或設(shè)備內(nèi)獨立器件的外殼接地，用于保護人身安全和防止設(shè)備漏電。為了抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾，應(yīng)對PLC系統(tǒng)進行良好的接地。一般情況下，接地方式與信號頻率有關(guān)，當(dāng)頻率低于1MHz時，可用一點接地；高于10MHz時，采用多點接地；在1～10MH之間時，通常情況下，PLC控制系統(tǒng)采用一點接地，將所有地線端子和最近接地點相連接，以獲得最好的抗干擾能力。接地線截面積不能小于2mm2，接地電阻不能大于100Ω，接地線使用專用地線。
        2.4變頻器干擾的抑制。（1）加隔離變壓器，主要是針對來自電源的傳導(dǎo)干擾，可以將絕大部分的傳導(dǎo)干擾阻隔在隔離變壓器之前。（2）使用濾波器，濾波器具有較強的抗干擾能力，還具有防止將設(shè)備本身的干擾傳導(dǎo)給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。（3）使用輸出電抗器，在變頻器到電動機之間增加交流電抗器主要是減少變頻器輸出在能量傳輸過程中線路產(chǎn)生電磁輻射，影響其它設(shè)備正常。
3、結(jié)論：
        PLC可編程控制系統(tǒng)中的干擾是一個十分復(fù)雜的問題，因此在抗干擾設(shè)計中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制抗干擾，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，如何高效可靠的使用PLC也成為其發(fā)展的重要因素。在不久的將來，PLC會有更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，通過完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求，PLC作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。

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