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如何解決PLC控制系統的抗幹擾問題
作者:美林 來源:美林 點擊數:1019 更新時間:2015-07-03
1.概述
随著(zhe)科學(xué)技術的發(fā)展,PLC在工業控制中的應用越來越廣泛。PLC控制系統的可靠性直接影響到工業企業的安全生産和經(jīng)濟運行,系統的抗幹擾能(néng)力是關系到整個系統可靠運行的關鍵。自動化系統中所使用的各種(zhǒng)類型PLC,有的是集中安裝在控制室,有的是安裝在生産現場和各電機設備上,它們大多處在強電電路和強電設備所形成(chéng)的惡劣電磁環境中。要提高PLC控制系統可靠性,設計人員隻有預先了解各種(zhǒng)幹擾才能(néng)有效保證系統可靠運行。
2.電磁幹擾源及對(duì)系統的幹擾是什麼(me)?
影響PLC控制系統的幹擾源于一般影響工業控制設備的幹擾源一樣(yàng),大都(dōu)産生在電流或電壓劇烈變化的部位,這(zhè)些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源,即幹擾源。
幹擾類型通常按幹擾産生的原因、噪聲的幹擾模式和噪聲的波形性質的不同劃分。其中:按噪聲産生的原因不同,分爲放電噪聲、浪湧噪聲、高頻振蕩噪聲等;按噪聲的波形、性質不同,分爲持續噪聲、偶發(fā)噪聲等;按聲音幹擾模式不同,分爲共模幹擾和差模幹擾。共模幹擾和差模幹擾是一種(zhǒng)比較常用的分類方法。共模幹擾是信号對(duì)地面(miàn)的電位差,主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信号線上感應的共态(同方向(xiàng))電壓送加所形成(chéng)。共模電壓有時較大,特别是采用隔離性能(néng)差的電器供電室,變送器輸出信号的共模電壓普遍較高,有的可高達130V以上。共模電壓通過(guò)不對(duì)稱電路可轉換成(chéng)差模電壓,直接影響測控信号,造成(chéng)元器件損壞(這(zhè)就是一些系統I/O模件損壞率較高的原因),這(zhè)種(zhǒng)共模幹擾可爲直流、亦可爲交流。差模幹擾是指用于信号兩(liǎng)極間的幹擾電壓,主要由空間電磁場在信号間耦合感應及由不平衡電路轉換共模幹擾所形成(chéng)的電壓,這(zhè)種(zhǒng)直接疊加在信号上,直接影響測量與控制精度。
3.PLC控制系統中電磁幹擾的主要來源有哪些呢?
(1)來自空間的輻射幹擾
空間的輻射電磁場(EMI)主要是由電力網絡、電氣設備的暫态過(guò)程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等産生的,通常稱爲輻射幹擾,其分布極爲複雜。若PLC系統置于射頻場内,就回受到輻射幹擾,其影響主要通過(guò)兩(liǎng)條路徑;一是直接對(duì) PLC内部的輻射,由電路感應産生幹擾;二是對(duì)PLC通信内網絡的輻射,由通信線路的感應引入幹擾。輻射幹擾與現場設備布置及設備所産生的電磁場大小,特别是頻率有關,一般通過(guò)設置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓洩放元件進(jìn)行保護。
(2)來自系統外引線的幹擾
主要通過(guò)電源和信号線引入,通常稱爲傳導幹擾。這(zhè)種(zhǒng)幹擾在我國(guó)工業現場較嚴重。
(3)來自電源的幹擾
實踐證明,因電源引入的幹擾造成(chéng)PLC控制系統故障的情況很多,筆者在某工程調試中遇到過(guò),後(hòu)更換隔離性能(néng)更高的PLC電源,問題才得到解決。
PLC系統的正常供電電源均由電網供電。由于電網覆蓋範圍廣,將(jiāng)受到所有空間電磁幹擾而在線路上感應電壓和電路。尤其是電網内部的變化,開(kāi)關操作浪湧、大型電力設備起(qǐ)停、交直流轉動裝置引起(qǐ)的諧波、電網短路暫态沖擊等,都(dōu)通過(guò)輸電線路到電源邊。 PLC電源通常采用隔離電源,但其機構及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實際上,由于分布參數特别是分布電容的存在,絕對(duì)隔離是不可能(néng)的。
(4)來自信号線引入的幹擾
與PLC控制系統連接的各類信号傳輸線,除了傳輸有效的各類信号之外,總會有外部幹擾信号侵入。此幹擾主要有兩(liǎng)種(zhǒng)途徑:一是通過(guò)變送器或共用信号儀表的供電電源串入的電網幹擾,這(zhè)往往被(bèi)忽略;二是信号線受空間電磁輻射感應的幹擾,即信号線上的外部感應幹擾,這(zhè)是很嚴重的。由信号引入幹擾會引起(qǐ)I/O信号工作異常和測量精度大大降低,嚴重時將(jiāng)引起(qǐ)元器件損傷。對(duì)于隔離性能(néng)差的系統,還(hái)將(jiāng)導緻信号間互相幹擾,引起(qǐ)共地系統總線回流,造成(chéng)邏輯數據變化、誤動和死機。PLC控制系統因信号引入幹擾造成(chéng)I/O模件損壞數相當嚴重,由此引起(qǐ)系統故障的情況也很多。
(5)來自接地系統混亂時的幹擾
接地是提高電子設備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地,既能(néng)抑制電磁幹擾的影響,又能(néng)抑制設備向(xiàng)外發(fā)出幹擾;而錯誤的接地,反而會引入嚴重的幹擾信号,使PLC系統將(jiāng)無法正常工作。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(duì)PLC系統的幹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(qǐ)地環路電流,影響系統正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地,如果電纜屏蔽層兩(liǎng)端A、B都(dōu)接地,就存在地電位差,有電流流過(guò)屏蔽層,當發(fā)生異常狀态加雷擊時,地線電流將(jiāng)更大。
此外,屏蔽層、接地線和大地有可能(néng)構成(chéng)閉合環路,在變化磁場的作用下,屏蔽層内有會出現感應電流,通過(guò)屏蔽層與芯線之間的耦合,幹擾信号回路。若系統地與其它接地處理混亂,所産生的地環流可能(néng)在地線上産生不等電位分布,影響PLC内邏輯電路和模拟電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓幹擾容限較低,邏輯地電位的分布幹擾容易影響PLC的邏輯運算和數據存儲,造成(chéng)數據混亂、程序跑飛或死機。模拟地電位的分布將(jiāng)導緻測量精度下降,引起(qǐ)對(duì)信号測控的嚴重失真和誤動作。
(6)來自PLC系統内部的幹擾
主要由系統内部元器件及電路間的相互電磁輻射産生,如邏輯電路互輻射及其對(duì)模拟電路的影響,模拟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(zhè)都(dōu)屬于PLC制造廠對(duì)系統内部進(jìn)行電磁兼容設計的内容,比較複雜,作爲應用部門是無法改變,可不必過(guò)多考慮,但要選擇具有較多應用實績或經(jīng)過(guò)考驗的系統。
4.怎樣(yàng)才能(néng)更好(hǎo)、更簡單解決PLC系統幹擾?
1)選用隔離性能(néng)較好(hǎo)的設備、選用優良的電源,動力線和信号線走線要更加合理等等,也能(néng)解決幹擾,但是比較煩瑣、不易操作而且成(chéng)本較高。
2)利用信号隔離器這(zhè)種(zhǒng)産品解決幹擾問題。隻要在有幹擾的地方,輸入端和輸出端中間加上這(zhè)種(zhǒng)産品,就可有效解決幹擾問題。
5.爲什麼(me)解決PLC系統幹擾都(dōu)選信号隔離器呢?
1)使用簡單方便、可靠,成(chéng)本低廉。
2)可大量減輕設計人員、系統調試人員工作量,即使複雜的系統在普通的設計人員手裡(lǐ),也會變的非常可靠。
6.信号隔離器工作原理是什麼(me)?
首先將(jiāng)PLC接收的信号,通過(guò)半導體器件調制變換,然後(hòu)通過(guò)光感或磁感器件進(jìn)行隔離轉換,然後(hòu)再進(jìn)行解調變換回隔離前原信号或不同信号,同時對(duì)隔離後(hòu)信号的供電電源進(jìn)行隔離處理。保證變換後(hòu)的信号、電源、地之間絕對(duì)獨立。
7.信号隔離器功能(néng)是什麼(me)?
一:保護下級的控制回路。
二:消弱環境噪聲對(duì)測試電路的影響。
三:抑制公共接地、變頻器、電磁閥及不明脈沖對(duì)設備的幹擾;同時對(duì)下級設備具有限壓、額流的功能(néng)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防護。标準系列導軌結構,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(néng)夠克服變頻器噪聲及各種(zhǒng)高低頻脈動幹擾。
8.現在市場有那麼(me)多品牌的隔離器,價格參差不齊,該怎麼(me)選擇呢
隔離器位于二個系統通道(dào)之間,所以選擇隔離器首先要确定輸入輸出功能(néng),同時要使隔離器輸入輸出模式(電壓型、電流型、環路供電型等)适應前後(hòu)端通道(dào)接口模式。此外尚有精度�功耗�噪音�絕緣強度�總線通訊功能(néng)等許多重要參數涉及産品性能(néng),例如:噪音與精度有關、功耗熱量與可靠性有關,這(zhè)些需要使用者慎選。總之,适用、可靠、産品性價比是選擇隔離器的主要原則。
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