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(jī)設(shè)備上，雖然它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)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(shè)計的控制裝置，在設(shè)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(qiáng)的適應(yīng)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(shè)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(nèi)部干擾。在實際的生產(chǎn)環(huán)境下，外部干擾是隨機(jī)的，與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，且干擾源是無法消除的，只能針對具體情況加以限制；內(nèi)部干擾與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，主要通過系統(tǒng)內(nèi)交流主電路，模擬量輸入信號等引起，可合理設(shè)計系統(tǒng)線路來削弱和抑制內(nèi)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(shè)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(dāng)，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(nèi)，應(yīng)避免太陽光直接照射，安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱量大的器件，同時應(yīng)保證有足夠大的散熱空間和通風(fēng)條件。環(huán)境濕度一般應(yīng)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(qiáng)烈的振動源，系統(tǒng)的可靠性也會降低，所以應(yīng)采取相應(yīng)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(qiáng)。通常，只能將plc的電源與系統(tǒng)的動力設(shè)備電源分開配線，對于電源線來的干擾，一般都有足夠強(qiáng)的抑制能力。但是，如果遇上特殊情況，電源干擾特別嚴(yán)重，可加接一個帶屏蔽層的隔離變壓器以減少設(shè)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(kuò)展單元，則其電源必須與基本單元共用一個開關(guān)控制，也就是說，它們的上電與斷電必須同時進(jìn)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(yīng)給plc接專用地線，并且接地點要與其它設(shè)備分開，如圖1（a）。若達(dá)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(shè)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(yīng)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(gòu)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(yán)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(dāng)電磁干擾比較嚴(yán)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(shè)備

　　輸入電路是plc接受開關(guān)量、模擬量等輸入信號的端口，其元器件質(zhì)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(guān)量輸入為例，按鈕、行程開關(guān)的觸點接觸要保持在良好狀態(tài)，接線要牢固可靠。機(jī)械限位開關(guān)是容易產(chǎn)生故障的元件，設(shè)計時，應(yīng)盡量選用可靠性高的接近開關(guān)代替機(jī)械限位開關(guān)。此外，按鈕觸點的選擇也影響到系統(tǒng)的可靠性。在設(shè)計電路時，應(yīng)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(guān)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(yīng)根據(jù)負(fù)載要求來決定，選擇不當(dāng)會使系統(tǒng)可靠性降低，嚴(yán)重時導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。如晶閘管輸出只能用于交流負(fù)載，晶體管輸出只能用于直流負(fù)載。此外，plc的輸出端子帶負(fù)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(zhì)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(jī)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(zhì)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(jìn)行診斷，當(dāng)檢測到異常信號時，系統(tǒng)按程序自動轉(zhuǎn)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(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，以保護(hù)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(yīng)分別使用各自的電纜；對于集成電路或晶體管設(shè)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(cè)懸空，而在控制側(cè)接地，其處理方式如圖2。