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怎樣才能更好解決PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用抗干擾問題?

發(fā)布時(shí)間:2020-08-15人氣:66

1.概述

隨著科學(xué)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(jì)運(yùn)行
,系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵
。自動(dòng)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(chǎng)和各電機(jī)設(shè)備上
,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
。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性,設(shè)計(jì)人員只有預(yù)先了解各種干擾才能有效保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行

2.電磁干擾源及對(duì)系統(tǒng)的干擾是什么?

影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源于一般影響工業(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(dòng)的部位就是噪聲源
,即干擾源

干擾類型通常按干擾產(chǎn)生的原因、噪聲的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;按聲音干擾模式不同
,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(hào)對(duì)地面的電位差
,主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)線上感應(yīng)的共態(tài)(同方向)電壓送加所形成
。共模電壓有時(shí)較大
,特別是采用隔離性能差的電器供電室,變送器輸出信號(hào)的共模電壓普遍較高
,有的可高達(dá)130V以上
。共模電壓通過不對(duì)稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓,直接影響測(cè)控信號(hào)
,造成元器件損壞(這就是一些系統(tǒng)I/O模件損壞率較高的原因)
,這種共模干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指用于信號(hào)兩極間得干擾電壓
,主要由空間電磁場(chǎng)在信號(hào)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
,這種讓直接疊加在信號(hào)上,直接影響測(cè)量與控制精度

3.PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源有哪些呢?

(1)來自空間的輻射干擾

空間的輻射電磁場(chǎng)(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(dá)
、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(chǎng)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(duì)PLC內(nèi)部的輻射
,由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾;而是對(duì)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(chǎng)設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)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(jìn)行保護(hù)。

(2)來自系統(tǒng)外引線的干擾

主要通過電源和信號(hào)線引入

,通常稱為傳導(dǎo)干擾
。這種干擾在我國(guó)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較嚴(yán)重。

(3)來自電源的干擾

實(shí)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

PLC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

,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
、交直流轉(zhuǎn)動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等
,都通過輸電線路到電源邊
。PLC電源通常采用隔離電源
,但其機(jī)構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實(shí)際上
,由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在
,絕對(duì)隔離是不可能的。

(4)來自信號(hào)線引入的干擾

與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)傳輸線

,除了傳輸有效的各類信號(hào)之外
,總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。此干擾主要有兩種途徑:一是通過變送器或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾
,這往往被忽略;二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾,即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾
,這是很嚴(yán)重的
。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起I/O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低,嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷
。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng)
,還將導(dǎo)致信號(hào)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(dòng)和死機(jī)。PLC控制系統(tǒng)因信號(hào)引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當(dāng)嚴(yán)重
,由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多

(5)來自接地系統(tǒng)混亂時(shí)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(cuò)誤的接地,反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)
,使PLC系統(tǒng)將無法正常工作
。PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地
、交流地和保護(hù)地等
。接地系統(tǒng)混亂對(duì)PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均,不同接地點(diǎn)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(diǎn)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(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)加雷擊時(shí)
,地線電流將更大。

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(chǎng)的作用下
,屏蔽層內(nèi)有會(huì)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(hào)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(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ),造成數(shù)據(jù)混亂
、程序跑飛或死機(jī)
。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測(cè)量精度下降,引起對(duì)信號(hào)測(cè)控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作

(6)來自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾

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

互輻射及其對(duì)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(duì)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)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(shí)績(jī)或經(jīng)過考驗(yàn)的系統(tǒng)。

4.怎樣才能更好

、更簡(jiǎn)單解決PLC系統(tǒng)干擾?

1)選用隔離性能較好的設(shè)備

、選用優(yōu)良的電源,動(dòng)力線和信號(hào)線走線要更加合理等等
,也能解決干擾
,但是比較煩瑣、不易操作而且成本較高

2)利用信號(hào)隔離器這種產(chǎn)品解決干擾問題

。只要在有干擾的地方,輸入端和輸出端中間加上這種產(chǎn)品
,就可有效解決干擾問題

5.為什么解決PLC系統(tǒng)干擾都選信號(hào)隔離器呢?

1)使用簡(jiǎn)單方便、可靠

,成本低廉

2)可大量減輕設(shè)計(jì)人員

、系統(tǒng)調(diào)試人員工作量,即使復(fù)雜的系統(tǒng)在普通的設(shè)計(jì)人員手里
,也會(huì)變的非?div id="4qifd00" class="flower right">
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6.信號(hào)隔離器工作原理是什么?

首先將PLC接收的信號(hào)

,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(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換,然后再進(jìn)行解調(diào)變換回隔離前原信號(hào)或不同信號(hào)

,同時(shí)對(duì)隔離后信號(hào)的供電電源進(jìn)行隔離處理
。保證變換后的信號(hào)、電源
、地之間絕對(duì)獨(dú)立

7.信號(hào)隔離器功能是什么?

一:保護(hù)下級(jí)的控制回路。

二:消弱環(huán)境噪聲對(duì)測(cè)試電路的影響

三:抑制公共接地、變頻器

、電磁閥及不明脈沖對(duì)設(shè)備的干擾;同時(shí)對(duì)下級(jí)設(shè)備具有限壓
、額流的功能是變送器、儀表
、變頻器
、電磁閥PLC/DCS輸入輸出及通訊接口的忠實(shí)防護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)系列導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)
,易于安裝
,可有效的隔離:輸入、輸出和電源及大地之間的電位
。能夠克服變頻器噪聲及各種高低頻脈動(dòng)干擾

8.現(xiàn)在市場(chǎng)有那么多品牌的隔離器,價(jià)格參差不齊

,該怎么選擇呢?

隔離器位于二個(gè)系統(tǒng)通道之間

,所以選擇隔離器首先要確定輸入輸出功能,同時(shí)要使隔離器輸入輸出模式(電壓型
、電流型
、環(huán)路供電型等)適應(yīng)前后端通道接口模式。此外尚有精度﹑功耗﹑噪音﹑絕緣強(qiáng)度﹑總線通訊功能等許多重要參數(shù)涉及產(chǎn)品性能
,例如:噪音與精度有關(guān)
、功耗熱量與可靠性有關(guān),這些需要使用者慎選
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,適用、可靠
、產(chǎn)品性價(jià)比是選擇隔離器的主要原則


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