PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用的抗干擾問題

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一,、概述 fficeffice" />

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    隨著科學技術(shù)的發(fā)展,，PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛,。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行,，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵,。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,，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場和各電機設(shè)備上,，它們大多處在強電電路和強電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性,，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力,；另一方面，要求工程設(shè)計,、安裝施工和使用維護中引起高度重視,，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能,。

二,、電磁干擾源及對系統(tǒng)的干擾

1 干擾源及干擾一般分類

    影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源一樣，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位,，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源,，即干擾源。

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    干擾類型通常按干擾產(chǎn)生的原因,、噪聲干擾模式和噪聲的波形性質(zhì)的不同劃分,。其中：按噪聲產(chǎn)生的原因不同，分為放電噪聲,、浪涌噪聲,、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形,、性質(zhì)不同,，分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等,；按噪聲干擾模式不同,，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號對地的電位差,，主要由電網(wǎng)串入,、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應(yīng)的共態(tài)（同方向）電壓迭加所形成。共模電壓有時較大,，特別是采用隔離性能差的配電器供電室,，變送器輸出信號的共模電壓普遍較高，有的可高達130V以上,。共模電壓通過不對稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓,，直接影響測控信號，造成元器件損壞（這就是一些系統(tǒng)I/O模件損壞率較高的主要原因）,，這種共模干擾可為直流,、亦可為交流。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓,，主要由空間電磁場在信號間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓,，這種直接疊加在信號上，直接影響測量與控制精度,。

2 LC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源

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2.1 來自空間的輻射干擾

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    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,、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾,，其分布極為復(fù)雜,。若PLC系統(tǒng)置于所射頻場內(nèi)，就回收到輻射干擾,，其影響主要通過兩條路徑：一是直接對PLC內(nèi)部的輻射,，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；而是對PLC通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輻射,，由通信線路的感應(yīng)引入干擾,。輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場大小，特別是頻率有關(guān),，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,。

2.2 來自系統(tǒng)外引線的干擾

    主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導干擾,。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場較嚴重,。

（1）來自電源的干擾

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    實踐證明，因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多，筆者在某工程調(diào)試中遇到過,，后更換隔離性能更高的PLC電源,，問題才得到解決。

    LC系統(tǒng)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而在線路上感應(yīng)電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化,，入開關(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。PLC電源通常采用隔離電源,，但其機構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想,。實際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在,，絕對隔離是不可能的,。

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（2）來自信號線引入的干擾

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    與PLC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息之外,，總會有外部干擾信號侵入,。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視,；二是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾,，即信號線上的外部感應(yīng)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(tǒng),，還將導致信號間互相干擾,，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化,、誤動和死機,。PLC控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當嚴重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多,。

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（3）來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾

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    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，反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作,。

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    LC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地,、屏蔽地、交流地和保護地等,。接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)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(huán)路電流,，影響系統(tǒng)正常工作,。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(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時,，地線電流將更大。

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    此外,，屏蔽層,、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下,，屏蔽層內(nèi)有會出現(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,。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布,，影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作,。PLC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PLC的邏輯運算和數(shù)據(jù)存貯,，造成數(shù)據(jù)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,。

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2.3 來自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾

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    主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響,，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等,。這都屬于PLC制造廠對系統(tǒng)內(nèi)部進行電磁兼容設(shè)計的內(nèi)容，比較復(fù)雜,，作為應(yīng)用部門是無法改變,，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應(yīng)用實績或經(jīng)過考驗的系統(tǒng)。

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三,、PLC控制系統(tǒng)工程應(yīng)用的抗干擾設(shè)計

    為了保證系統(tǒng)在工業(yè)電磁環(huán)境中免受或減少內(nèi)外電磁干擾,，必須從設(shè)計階段開始便采取三個方面抑制措施：抑制干擾源；切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑,；提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力,。這三點就是抑制電磁干擾的基本原則。

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    PLC控制系統(tǒng)的抗干擾是一個系統(tǒng)工程,，要求制造單位設(shè)計生產(chǎn)出具有較強抗干擾能力的產(chǎn)品,，且有賴于使用部門在工程設(shè)計、安裝施工和運行維護中予以全面考慮,，并結(jié)合具有情況進行綜合設(shè)計,，才能保證系統(tǒng)的電磁兼容性和運行可靠性。進行具體工程的抗干擾設(shè)計時,，應(yīng)主要以下兩個方面,。

1 設(shè)備選型

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    在選擇設(shè)備時，首先要選擇有較高抗干擾能力的產(chǎn)品,，其包括了電磁兼容性（EMC）,，尤其是抗外部干擾能力，如采用浮地技術(shù),、隔離性能好的PLC系統(tǒng),；其次還應(yīng)了解生產(chǎn)廠給出的抗干擾指標，如共模擬制比,、差模擬制比,，耐壓能力、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環(huán)境中工作,；另外是靠考查其在類似工作中的應(yīng)用實績,。在選擇國外進口產(chǎn)品要注意：我國是采用220V高內(nèi)阻電網(wǎng)制式，而歐美地區(qū)是110V低內(nèi)阻電網(wǎng),。由于我國電網(wǎng)內(nèi)阻大,，零點電位漂移大，地電位變化大,，工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾至少要比歐美地區(qū)高4倍以上,，對系統(tǒng)抗干擾性能要求更高，在國外能正常工作的PLC產(chǎn)品在國內(nèi)工業(yè)就不一定能可靠運行,，這就要在采用國外產(chǎn)品時,，按我國的標準（GB/T13926）合理選擇。

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2 綜合抗干擾設(shè)計

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    主要考慮來自系統(tǒng)外部的幾種如果抑制措施,。主要內(nèi)容包括：對PLC系統(tǒng)及外引線進行屏蔽以防空間輻射電磁干擾,；對外引線進行隔離,、濾波，特別是原理動力電纜,，分層布置,，以防通過外引線引入傳導電磁干擾；正確設(shè)計接地點和接地裝置,，完善接地系統(tǒng),。另外還必須利用軟件手段，進一步提高系統(tǒng)的安全可靠性,。

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四,、主要抗干擾措施

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1 采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾

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    在PLC控制系統(tǒng)中,，電源占有極重要的地位,。電網(wǎng)干擾串入PLC控制系統(tǒng)主要通過PLC系統(tǒng)的供電電源（如CPU 電源、I/O電源等）,、變送器供電電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入的�,，F(xiàn)在，對于PLC系統(tǒng)供電的電源,，一般都采用隔離性能較好電源,，而對于變送器供電的電源和PLC系統(tǒng)有直接電氣連接的儀表的供電電源，并沒受到足夠的重視,，雖然采取了一定的隔離措施,，但普遍還不夠，主要是使用的隔離變壓器分布參數(shù)大,，抑制干擾能力差,，經(jīng)電源耦合而串入共模干擾、差模干擾,。所以,，對于變送器和共用信號儀表供電應(yīng)選擇分布電容小、抑制帶大（如采用多次隔離和屏蔽及漏感技術(shù)）的配電器,，以減少PLC系統(tǒng)的干擾。

    此外,，位保證電網(wǎng)饋點不中斷,，可采用在線式不間斷供電電源（UPS）供電，提高供電的安全可靠性,。并且UPS還具有較強的干擾隔離性能,，是一種PLC控制系統(tǒng)的理想電源。

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2 電纜選擇的敖設(shè)

    為了減少動力電纜輻射電磁干擾,，尤其是變頻裝置饋電電纜,。筆者在某工程中,，采用了銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，從而降低了動力線生產(chǎn)的電磁干擾,，該工程投產(chǎn)后取得了滿意的效果,。

    不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應(yīng)按傳輸信號種類分層敖設(shè),，嚴禁用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敖設(shè)，以減少電磁干擾,。

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3 硬件濾波及軟件抗如果措施

    信號在接入計算機前,，在信號線與地間并接電容，以減少共模干擾,；在信號兩極間加裝濾波器可減少差模干擾,。

    由于電磁干擾的復(fù)雜性，要根本消除迎接干擾影響是不可能的,，因此在PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計和組態(tài)時,，還應(yīng)在軟件方面進行抗干擾處理，進一步提高系統(tǒng)的可靠性,。常用的一些措施：數(shù)字濾波和工頻整形采樣,，可有效消除周期性干擾；定時校正參考點電位,，并采用動態(tài)零點,，可有效防止電位漂移；采用信息冗余技術(shù),，設(shè)計相應(yīng)的軟件標志位,；采用間接跳轉(zhuǎn)，設(shè)置軟件陷阱等提高軟件結(jié)構(gòu)可靠性,。

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4 正確選擇接地點,，完善接地系統(tǒng)

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    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。

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    系統(tǒng)接地方式有：浮地方式,、直接接地方式和電容接地三種方式,。對PLC控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置,，應(yīng)采用直接接地方式,。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低于1MHz,，所以PLC控制系統(tǒng)接地線采用一點接地和串聯(lián)一點接地方式,。集中布置的PLC系統(tǒng)適于并聯(lián)一點接地方式,，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極。如果裝置間距較大,，應(yīng)采用串聯(lián)一點接地方式,。用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點，然后將接地母線直接連接接地極,。接地線采用截面大于22mm2的銅導線,，總母線使用截面大于60mm2的銅排。接地極的接地電阻小于2Ω,，接地極最好埋在距建筑物10 ~ 15m遠處,，而且PLC系統(tǒng)接地點必須與強電設(shè)備接地點相距10m以上。

    信號源接地時,，屏蔽層應(yīng)在信號側(cè)接地,；不接地時，應(yīng)在PLC側(cè)接地,；信號線中間有接頭時,，屏蔽層應(yīng)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(yīng)相互連接好，并經(jīng)絕緣處理,。選擇適當?shù)慕拥靥巻吸c接點,。

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五、 結(jié)束語

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    PLC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，對有些干擾情況還需做具體分析,，采取對癥下藥的方法,，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。

 

li850105

樓主厲害,，佩服,！干擾的問題有時很嚴重我都碰到一次是誤動作損失了一臺電機！謝謝樓主,！

黃一鈁

謝謝樓主的資料，希望樓主能經(jīng)常到這里來多發(fā)發(fā)帖子,，讓我們多學習學習,！

jun_boy

謝謝樓主的資料,，很有幫助的資料

獨孤

謝謝樓主,以后要經(jīng)常來啊,好讓我們多學習點東西

長生

你好,我想和你做個朋友

能源員

樓主有相關(guān) 抗干擾的標準么？