1、可編程控制器在工業(yè)應(yīng)用中如何采取抗干擾措施徐永強(qiáng)(唐山首信自動化信息技術(shù)有限公司京唐運營部，唐山063000)摘要：分析了影響可編程控制器可靠運行的干擾因素，提出了克服這些因素的解決方案，并探討了提高控制系統(tǒng)可靠性的措施。需要強(qiáng)調(diào)的是，在系統(tǒng)設(shè)計和安裝過程中，必須對環(huán)境進(jìn)行全面分析，以確定干擾的性質(zhì)。為了防止干擾，抗干擾措施不僅可以從硬件電路設(shè)計上采取，也可以從軟件編程上采取。關(guān)鍵詞：可編程控制器抗干擾硬件措施和軟件措施可編程控制器在工業(yè)中的應(yīng)用及抗干擾措施徐永強(qiáng)(唐山首鋼自動化信息技術(shù)有限公司京唐維修部，唐山063000)文摘：分析了可編程控制器的相關(guān)和可靠運行的各種因素，提出了克服這些干擾

2、因素的方案，討論了如何提高控制系統(tǒng)硬件和軟件的可靠性。而系統(tǒng)設(shè)計和安裝的環(huán)境必須是確定的干擾，綜合分析，以防止工作，除了從硬件電路設(shè)計，也可以從軟件編程中采取抗干擾措施。關(guān)鍵詞：可編程控制器硬件抗干擾措施軟件措施0前言可編程控制器是一種基于微處理器的數(shù)字電子設(shè)備，集計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)于一體，面向控制過程，面向用戶，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，操作簡單。它使用可編程存儲單元存儲指令，執(zhí)行數(shù)字和邏輯運算，并通過數(shù)字輸入和輸出控制工業(yè)生產(chǎn)過程。就PLC本身而言，制造商在設(shè)計和制造過程中采取了多級抗干擾措施，具有一定的穩(wěn)定性和可靠性。然而，由于可編程控制器的應(yīng)用越來越廣泛，應(yīng)用環(huán)境越來越復(fù)雜，遇到的

3、干擾也越來越多。如電源波形失真、現(xiàn)場設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾、接地電阻耦合、輸入元件抖動等?？赡軙?dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。因此，研究PLC控制系統(tǒng)抗干擾信號的來源、產(chǎn)生原因及抑制措施，對提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性具有重要意義。1可編程控制器應(yīng)用需要注意的問題1.1工作環(huán)境(1)溫度?？删幊炭刂破饕蟓h(huán)境溫度在0至55之間，安裝時不應(yīng)放在高熱值部件下。用于通風(fēng)和散熱的周圍空間應(yīng)該足夠大。(2)濕度。為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對濕度應(yīng)小于85%(無冷凝)。(3)振動。使可編程控制器遠(yuǎn)離強(qiáng)振動源，并防止10 55赫茲之間的頻繁或連續(xù)振動。當(dāng)在使用環(huán)境中不可避免地發(fā)生振動時，必須采取減震措

4、施，如使用減震膠。(4)空氣。避免腐蝕性和易燃?xì)怏w，如氯化氫和硫化氫。對于空氣中粉塵或腐蝕性氣體較多的環(huán)境，可編程控制器可安裝在密封性能較好的控制室或控制柜中。(5)電源。可編程控制器可以抵抗電力線造成的干擾。在可靠性要求高或電源干擾嚴(yán)重的環(huán)境中，可安裝帶屏蔽層的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地面之間的干擾。一般來說，可編程控制器有24V DC輸出作為輸入。當(dāng)外部DC電源用于輸入時，應(yīng)選擇DC穩(wěn)壓電源。由于采用了普通的整流濾波電源，可編程控制器很容易因紋波的影響而接收到錯誤信息。1.2可編程控制器控制系統(tǒng)的干擾源1.2.1來自變壓器、塑殼斷路器柜、電力電纜和電力設(shè)備的干擾實踐證明，由于電源干擾造成的

5、PLC控制系統(tǒng)故障很多。隔離電源通常用于可編程控制器電源，但由于其機(jī)理和制造工藝，其隔離性能并不理想，而且由于分布參數(shù)的存在，尤其是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。變壓器、塑殼柜、電力電纜和電力設(shè)備均為工頻，頻率較低。干擾一般發(fā)生在近場，電場分量和磁場分量與近場干擾源的特性有很大不同。特別是大功率設(shè)備啟動時，瞬時電流可達(dá)額定電流的6 11倍，會產(chǎn)生大電流沖擊瞬態(tài)干擾。1.2.2信號線干擾與可編程控制器控制系統(tǒng)相連的各種信號傳輸線除了傳輸有效信息外，還會受到外界干擾。信號入侵。這種干擾主要有兩種方式：一是來自變壓器電源或普通信號儀表電源進(jìn)入電網(wǎng)的干擾，這種干擾往往被忽視；第二，信號線受到空間

6、電磁輻射的感應(yīng)，即外部感應(yīng)對信號線的干擾，這是非常嚴(yán)重的。信號引入的干擾會導(dǎo)致輸入輸出信號的異常運行，大大降低測量精度，嚴(yán)重時甚至?xí)p壞元件。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還會造成信號之間的相互干擾，造成公共接地系統(tǒng)的母線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤操作和死機(jī)。1.2.3接地系統(tǒng)混亂的干擾正確的接地不僅可以抑制電磁干擾的影響，還可以抑制設(shè)備的外部干擾；然而，錯誤的接地會導(dǎo)致嚴(yán)重的干擾信號，這將使可編程控制器系統(tǒng)無法正常工作。可編程控制器控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地線、屏蔽地線、交流/DC地線和保護(hù)地線等?；煦缃拥叵到y(tǒng)對PLC系統(tǒng)的干擾主要是由于各接地點的電位分布不均勻，以及不同接地點之間的電位差，造成回路電

7、流，影響系統(tǒng)的正常運行。例如，電纜屏蔽的一端必須接地。如果電纜屏蔽層的兩端都接地，就會有電位差，電流就會流過屏蔽層。當(dāng)出現(xiàn)異常狀態(tài)(如雷擊)時，接地電流會更大。此外，屏蔽層、地線和地可以形成閉環(huán)。在磁場變化的作用下，屏蔽層會出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合干擾信號回路。如果系統(tǒng)與其他接地處理混淆，產(chǎn)生的循環(huán)電流會在接地線上產(chǎn)生不均勻的電位分布，影響PLC邏輯電路和模擬電路的正常運行?？删幊炭刂破鞴ぷ鬟壿嬰妷旱母蓴_容限較低，邏輯地電位分布的干擾容易影響可編程控制器的邏輯操作和數(shù)據(jù)存儲，導(dǎo)致數(shù)據(jù)混亂或崩潰。模擬地電位分布會導(dǎo)致測量精度下降，造成信號測量和控制的嚴(yán)重失真和誤操作。1.2.4來

8、自可編程邏輯控制器系統(tǒng)的內(nèi)部干擾它主要是由系統(tǒng)中元件與電路之間的相互電磁輻射引起的，如邏輯電路的相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地之間的相互影響，元件之間的不匹配使用。1.2.5變頻器干擾首先，變頻器在啟動和運行過程中產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)造成傳導(dǎo)干擾，造成電網(wǎng)電壓畸變，影響電網(wǎng)供電質(zhì)量；其次，變頻器的輸出會產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射干擾，影響外圍設(shè)備的正常運行。2系統(tǒng)設(shè)計中的抗干擾措施2.1硬件措施2.1.1屏蔽主要部件如電源變壓器、中央處理器、編程器等。由具有良好導(dǎo)電性和導(dǎo)磁率的材料屏蔽，以防止外部干擾信號的影響。2.1.2過濾為了消除和抑制高頻干擾信號，削弱模塊間的相互影響，電源輸入線路采用

9、了多種形式的濾波處理微處理器和輸入輸出電路之間采用光電隔離措施，有效隔離，防止外部干擾信號和接地回路中產(chǎn)生的噪聲電信號通過公共地線進(jìn)入可編程控制器，影響正常運行。2.1.5采用模塊化結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)有助于故障發(fā)生時的短期修復(fù)。一旦發(fā)現(xiàn)某個模塊有故障，可以迅速更換，使系統(tǒng)能夠恢復(fù)正常工作，也有助于加快查找系統(tǒng)故障的原因。2.2軟件措施2.2.1重復(fù)執(zhí)行指令重復(fù)指令執(zhí)行是指具有相同功能的指令按要求重復(fù)執(zhí)行，一般適用于開關(guān)或數(shù)字輸入輸出抗干擾。當(dāng)采集一些開關(guān)量或數(shù)字量時，可以多次重復(fù)采集，直到兩次或兩次以上連續(xù)采集結(jié)果相同時，才視為有效。如果信號在多次采集后總是變化，您可以停止采集并發(fā)出報警信號。在滿足

10、實時性要求的前提下，如果在每次采集數(shù)字信號之間插入一個延時，數(shù)據(jù)的可靠性會更高。如果系統(tǒng)的實時性要求不是很高，指令重復(fù)周期應(yīng)該盡可能長。2.2.2數(shù)字濾波在一些信號采集過程中，隨機(jī)干擾可能會增加測量信號的隨機(jī)誤差。鑒于這種情況，可以采用數(shù)字濾波技術(shù)。該方法具有可靠性高、穩(wěn)定性好特點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)計算機(jī)測控系統(tǒng)中。此外，數(shù)字濾波的常用方法包括程序判斷濾波、中值濾波、算術(shù)平均濾波和遞歸平均。3可編程控制器系統(tǒng)安裝過程中的抗干擾措施3.1電源布線和接地布線電源線應(yīng)合理布置，強(qiáng)電和弱電應(yīng)嚴(yán)格分開。接地在消除干擾方面起著重要作用。交流接地是可編程控制器控制系統(tǒng)供電的必要條件。它通過變壓器的中心點形成兩

11、個電源電路中的一個，該電路上的電流和各種諧波電流是嚴(yán)重的干擾元件。因此，交流接地線、DC接地線、模擬接地線和數(shù)字接地線必須分開。數(shù)字地和模擬地的公共地應(yīng)該懸空。接地線各點之間的電位差應(yīng)盡可能小，接地線應(yīng)盡可能厚。如果條件允許，可以使用環(huán)形地線。系統(tǒng)接地端子是抗干擾中性端子，通常不需要接地。然而，當(dāng)電磁干擾嚴(yán)重時，該端子需要與接地端子(GR)連接。為防止電流沖擊，GR端子應(yīng)使用14#專用接地線接地，接地線的橫截面積應(yīng)大于2平方米，接地電阻應(yīng)小于1000歐姆，接地長度應(yīng)小于20米。3.2輸出端子的連接(1)當(dāng)幾個外部設(shè)備與一個電源相連時，應(yīng)使用短連接器將輸出端子短接到相應(yīng)的公共端子。輸出端子可以使

12、用不同的電壓，相應(yīng)的公共端子應(yīng)分別連接到不同的電壓源。(2)交流輸出線和DC輸出線不能使用同一根電纜。輸出線應(yīng)遠(yuǎn)離高壓線和電源線，且不應(yīng)平行。(3)輸出電路應(yīng)具有保險絲，以保護(hù)可編程邏輯控制器輸出元件。流入輸出端的最大電流不應(yīng)超過可編程邏輯控制器的允許值，否則，必須連接外部接觸器或繼電器。同樣，如果負(fù)載電流低于規(guī)定的最小值，應(yīng)并聯(lián)一個電阻電容吸收電路，如圖1所示。電阻為50歐姆，電容為1微法。圖1并聯(lián)阻容吸收電路圖1并聯(lián)電容器和吸收電路(4)當(dāng)感性負(fù)載切斷時，會產(chǎn)生很大的自感電動勢。當(dāng)電路接通時，將在起點產(chǎn)生電弧。在嚴(yán)重的情況下，接觸會燒結(jié)。因此，續(xù)流二極管應(yīng)該與電感并聯(lián)，如圖2所示。圖2并聯(lián)

13、續(xù)流二極管電路圖2并聯(lián)續(xù)流二極管電路3.3輸入輸出信號的漏電流處理當(dāng)輸入si時圖3帶輸入和輸出端的分流電阻電路圖3并聯(lián)電阻電路的輸入輸出端3.4輸入輸出信號應(yīng)采取光學(xué)隔離措施利用光耦合器的開關(guān)特性實現(xiàn)輸入輸出信號的完全隔離是抑制干擾的有效措施之一。光耦合器將各種模擬負(fù)載與數(shù)字信號源隔離開來，也就是說，將模擬地與數(shù)字地斷開。由于光電耦合器具有高的輸入/輸出絕緣電阻和高的輸出阻抗，被測信號可以通過光電耦合器獲得，共模干擾信號由于不是環(huán)路而得到有效抑制。因此，輸入輸出信號通過光電耦合器與可編程控制器系統(tǒng)本體隔離，切斷了干擾噪聲通道，解決了輸入輸出回路的抗干擾問題。系統(tǒng)調(diào)試方便，運行可靠。3.5電纜敷

14、設(shè)當(dāng)電源電纜超過10A/400V或20A/220V時，如果要求與輸入和輸出電纜平行放置，它們之間的距離至少應(yīng)為300毫米.如果將它們放在凹槽中，它們之間的距離必須大于100毫米，并且必須用接地金屬屏蔽。特別要注意的是，PLC基本單元和擴(kuò)展單元之間的電纜是低電壓的高頻信號，容易受到干擾，因此不能與其他電纜設(shè)置在同一管道中。此外，所使用的電纜應(yīng)為橫截面積小于1.5平方毫米的屏蔽電纜。最好用電纜管道敷設(shè)電纜。當(dāng)使用母線槽時，其長度不足以包括所有的輸入/輸出連接，并與其他電纜分開。扭曲輸入線和扭曲雙絞線可以減少共膜干擾。由于導(dǎo)線的電磁感應(yīng)方向改變，感應(yīng)相互抵消。如圖4所示。圖4輸入線扭轉(zhuǎn)電路圖4輸入線路敷設(shè)電路當(dāng)信號采集是模擬線路時，導(dǎo)線可以捆綁在一起。數(shù)據(jù)線和脈沖線不應(yīng)靠近或捆綁在一起。否則，數(shù)據(jù)線上的所有1將導(dǎo)致脈沖線上的干擾，反之亦然。使用屏蔽線作為輸入線，只有一端接地。如果兩端都接地，由于接地電位差，電流將流入屏蔽層，導(dǎo)致長期干擾。為了釋放高頻干擾，數(shù)字信號線的屏蔽層應(yīng)與電位均衡線并聯(lián)，其電阻應(yīng)小于屏蔽電阻的十分之一。屏蔽層的兩端應(yīng)接地，如果考慮低頻干擾，一端可以接地。4變頻器抗干擾措施首先，變頻器在啟動和運行過程中產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)造成傳導(dǎo)干擾，造成電網(wǎng)電壓畸變，影響電網(wǎng)供電質(zhì)量；其次，變頻器的輸出會產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射干擾，影響外圍設(shè)