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浅论PLC控制系统的抗干扰问题

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日期:2007-10-29 20:33:50     来源:   作者: 点击:
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作者:杨文涛

1 概 述  
  PLC作为一种自动化程度高、配置灵活的工业生产过程控制装置,因为其本身的高可靠性、允许在较为恶劣的环境下工作而在自动控制领域中得到广泛应用。在PLC控制系统中,就PLC本身来说,其薄弱环节在I/O端口,虽然它有与现场相当可靠的隔离和端口之间的隔离以及端口输入、输出信号与总线信号之间的隔离,但由于PLC的应用场合越来越广,应用环境越来越复杂,所受到的干扰也越来越多。如来自电源波形的畸变、现场设备所产生的电磁干扰、接地电阻的耦合、输入元件触点的抖动等各种形式的干扰,都可能使系统不能正常工作。因此,研究PLC控制系统干扰信号的来源、成因及抑制措施,对于提高PLC控制系统的抗干扰能力和可靠性具有重要作用。

2 影响PLC控制系统稳定的干扰因素  
影响PLC控制系统稳定的干扰因素很多,主要 的有下面几种:
  (1)电源波形畸变干扰:由于PLC控制系统本身或者电网其它设备采用SCR、GTO、IGBT等电力半导体器件,在工作时产生的高次谐波、噪声、寄生振荡等,引起电网电源波形畸变,通过电源线路对PLC产生的干扰。
  (2)电路耦合干扰:由于PLC接地点选择不当或接地不良,通过回路公共阻抗发生耦合而产生的电流干扰。
  (3)输入元器件触点的抖动干扰:由于现场强烈振动使PLC输入元器件触点发生抖动(尤其是常闭触点)产生的误信号所形成的干扰
  (4)电容性干扰:在干扰源与干扰对象(PLC)之间存在分布电容耦合所产生的干扰。
  (5)电感性干扰:干扰源中的交变磁场通过干扰对象(PLC)中的电感性元件耦合所产生的干扰。
  (6)波干扰:由空间电磁波(主要是雷达、电台、移动电话等)的电磁场、传导波的传导电流和传导电压所产生的干扰。过合理配置供电电源、正确选择接地点、接地方式和输入输出配线等措施,可有效提高系统的抗干扰能力。

3.1 供电电源
  由于PLC本身抗干扰的能力很强,通常只要将PLC电源与系统动力设备分开配线,对于从电源来的干扰,具有足够强的抑制能力。但是,如果遇到特殊情况,电源干扰特别严重,可采用带屏蔽层的隔离变压器供电,甚至加接线路滤波器,以抑制从交直流电源侵入的常模和共模瞬变干扰,还可抑制PLC内部开关电源向外辐射噪声。在有较强干扰源的环境中使用PLC,或对PLC工作可靠性要求特别高时,应将屏蔽层和PLC浮动地端子接地。

3.2 接地
  在PLC控制系统中,具有多种形式的“地”,主要有:
  (1)信号地:是输入端信号元件———传感器的地。
  (2)交流地:交流供电电源的N线,通常它是产生噪声的主要地方。
  (3)屏蔽地:一般为防止静电、磁场感应而设置的外壳或金属丝网,通过专门的铜导线将其与地壳连接。
  (4)保护地:一般将机器设备外壳或设备内独立器件的外壳接地,用以保护人身安全和防护设备漏电。
  为了抑制附加在电源及输入、输出端的干扰,应对PLC系统进行良好的接地。一般情况下,接地方式与信号频率有关,当频率低于1 MHz时,可用一点接地;高于10 MHz时,采用多点接地;在1~10 MHz间采用哪种接地视实际情况而定。因此,PLC组成的控制系统常用一点接地,接地线截面积不能小于2 mm2,接地电阻不能大于100Ω,接地线最好是专用地线。若达不到这种要求,也可采用公共接地方式,禁止采用与其它设备串联接地的方式。
  交流电源在传输时,在相当一段间隔的电源导线上,会有几mV、甚至几V的电压,而低电平信号传输要求延路电平为零。为防止交流电对低电平信号的干扰,在直流信号的导线上要加隔离屏蔽;不允许信号源与交流电共用一根地线;各个接地点通过接地铜牌连接到一起。
  屏蔽地、保护地不能与电源地、信号地和其它地扭在一起,只能各自独立的接到接地铜牌上。为减少信号的电容耦合噪声,可采用多种屏蔽措施。对于电场屏蔽的分布电容问题,通过将屏蔽地接入大地可解决。对于纯防磁的部位,例如强磁铁、变压器、大电机的磁场耦合,可采用高导磁材料作外罩,将外罩接入大地来屏蔽。

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