PLC應用中的干擾及其抑制

ID:107593 · 發表于 2016-3-11 01:43

   可編程邏輯控制器(PLC)是用于工業現場的前端自動化技術基礎裝備，可以直接在大多數工業環境中使用。但是，當生產環境過于惡劣，電磁干擾特別強烈或安裝使用不當時，就會造成程序錯誤或運算錯誤，從而產生誤輸入并引起誤輸出。
   PLC控制系統的可靠性一直是機電行業和自動化生產線所關注的焦點，因為它直接影響企業的生產安全和經濟效益，而系統的抗干擾能力則是保證系統可靠運行的重要指標之一。影響PLC控制系統的干擾源．大都產生在電流或電壓劇烈變化的部位，其原因是電流改變產生磁場，對設備產生電磁輻射，磁場改變產生電流，電磁高速變化產生電磁波。在實際工作中，為防止干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾措施，其中．硬件抗干擾是最基本和最重要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來抑制和消除干擾源，切斷干擾對系統的耦合通道，降低系統對干擾信號的敏感性。 1．來自電源的干擾電網的干擾，頻率的波動，將直接影響到PLC系統的可靠性與穩定性。如何抑制電源系統的干擾是提高PLC的抗干擾性能的主要環節。
   例如：某鋼鐵有限公司4臺加熱爐的PLC系統的電源原先均來自電網供電。由于該地區屬能源重化工基地，電網覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應出電壓和電流。特別是電網內部的變化，如開關操作浪涌、大型電力設備啟停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網短路瞬態沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。雖然PLC電源采用隔離電源。但其機構及制造工藝因素使其隔離性并不理想。
   根據實際工作中的經驗分析，由于分布參數特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。例如，其中兩臺蓄熱式加熱爐在以前運行中，經常無規律性出現故障，整個眥系統無法正常運行。故障時12PU模塊上指示內部故障的LED顯示“INTF”(用戶程序錯誤)、指示外部故障的LED顯示“EXTF”(I/O模板的故障)，經常報警，我們從PLC程序開始到I/O模板逐一排查，均未查出問題，但將PLC重啟后故障消除。如此重復數次后。懷疑是電源引入的干擾造成PLC控制系統故障，所以我們改用在線式不間斷供電電源(UPS)為PLC供電，經改造后，運行將近兩年，PLC不再頻繁報警。
   電網干擾串入PLC控制系統主要通過PLC系統的供電電源、變送器供電電源和與PLC系統具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入的。此外，普通的整流濾波電源，由于紋波的影響，也容易使PLC接收到錯誤信息。
2．來自信號線的干擾此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾．即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。
   由信號引入干擾會引起：I／O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統總線回流，造成邏輯數據變化、誤動和死機。控制系統因信號引入干擾造成I／O模件損壞數相當嚴重．由此引起系統故障的情況也很多。
   例如：某軋鋼廠蓄熱式加熱爐的自動出鋼系統．由于出鋼機、爐門的電機電源線與PLC控制回路的PROFIBUS信號線的距離偏近，出鋼機啟停過程中產生電磁輻射，控制回路的信號線受電磁輻射感應的干擾，致使自動出鋼系統時常在出鋼時工作異常：出鋼機前進過程中，爐門突然下降，使爐門與出鋼托桿相撞，將爐門撞壞。后經改造，使控制回路的信號線遠離強電電源．才得以控制。
(注：PROFIBUS是一種工業現場總線．它取代了以往的點對點式的I／O連接方式．只用一根PROFIBUS電纜和標準的。PROFIBUS插頭就可以完成連接的過程。本例中的PROFIBUS電纜的作用是連接控制室PLC與現場PLC)。為了減少動力電纜輻射電磁干擾，我們將PROFIBUS電纜遠離動力電纜，動力電纜走地下電纜溝，PROFIBUS電纜走架空線路。而對于其他信號電纜，不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應按傳輸信號種類分層敷設。避免同一電纜的不同導線同時傳送動力電源和信號。避免信號線與動力電纜靠近平行敷設，以減少電磁干擾。
3．來自接地系統混亂時的干擾接地是提高電子設備電磁兼容性的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統將無法正常工作。
      例如：某鋼鐵廠蓄熱式加熱爐在大修施工期間，某電工將PLC系統的系統地、屏蔽地、保護地接到一起，調試過程中，整個爐子的控制系統極不穩定，如時常接收到誤信號(PLC接收到引風機、循環水泵、給水泵等掉電信號，而實際上以上設備均正常運行)，使爐子連鎖緊急停爐，嚴重威脅到生產的正常運行。后將PLC系統的系統地、屏蔽地、保護地獨立接地，才避免了此類事故的發生。
   PLC控制系統的地線包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統混亂對PLC系統的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環路電流，影響控制系統內邏輯電路和模擬電路的正常工作。控制系統工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響控制系統的邏輯運算和數據存貯，造成數據混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩端a、b都接地．就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當發生異常狀態，如雷擊時，地線電流將增大。
   此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內會出現感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，形成干擾信號回路。若系統地與其他接地處理混亂，所產生的地環流就可能在地線上產生不等電位分布。
完善的接地系統是PLC控制系統抗電磁干擾的重要措施之一。信號源接地時，屏蔽層應在信號側接地；不接地時，應在PLC側接地：信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接并進行絕緣處理，一定要避免多點接地；多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應相互連接好，并經絕緣處理。選擇適當的接地處單點接點。
   使用的隔離變壓器，其屏蔽層也要良好接地。次級連接線要使用雙絞線(減少電線間的干擾1，隔離變壓器的初級繞組和次級繞組應分別加屏蔽層，初級的屏蔽層接交流電網的地線；次級的屏蔽層和初級間屏蔽層接直流端。
   而對于PROFIBUS電纜，由于干擾電流和電磁干擾是通過PROFIBUS電纜的屏蔽泄放到地的。因此，屏蔽到地的低阻抗十分重要。電纜屏蔽通常是兩端接地。特別在高頻干擾情況下，用這種方法可以很好的抑制干擾。在大范圍分散系統的各個總線之間存在電位差且不能實現等電位屏蔽接地時，就在一端將電纜屏蔽接地以避免在PROFIBUS電纜屏蔽中產生等電位屏蔽接地電流。因為在電纜屏蔽中有電纜均衡電流流過，會大大的降低屏蔽的效率。
   接地時注意：接地線應盡量粗．一般用大于2平方毫米的銅芯線接地；接地點應盡量靠近PLC控制器。接地線應盡量避開強電回路和主回路的電線。不能避開時，應垂直相交，應盡量縮短平行走線的長度。
   PLC控制系統中的干擾是一個十分復雜的問題，不僅涉及到具體的輸入輸出設備和工業現場的環境，而且溫度、濕度、震動、沖擊等對PLC都會產生很大的影響，因此，在應用中，找出問題所在，知道現場干擾的源頭，綜合考慮各方面的因素。才能解決、合理有效地抑制干擾，使PLC控制系統正常工作。例如，在選擇國外進口產品時要注意：我國是采用220V高內阻電網制式，而歐美地區是110V低內阻電網。由于我國電網內阻大，零點電位漂移大，地電位變化大；工業企業現場的電磁干擾要比歐美地區高4倍以上．對系統抗干擾性能要求更高。在國外能正常工作的控制系統產品在國內工作就不一定能可靠運行，這就要在采用國外產品時，按我國的標準(GB／T13926)合理選擇。

ID:246473 · 發表于 2017-11-10 15:34

問一下樓主，做一個給PLC供電的電源，需要注意一些什么特性，謝謝~

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