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PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計及應(yīng)用

來源:永通機(jī)械設(shè)備有限公司 瀏覽次數(shù):5118次 更新日期:2009-02-24
  1. PLC是以微處理器為基礎(chǔ),綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動化控制技術(shù)和通訊技術(shù)的一種工業(yè)自動控制裝置。
    PLC作為新一代工業(yè)控制計算機(jī),因其具有體積小、功能強(qiáng)、通用性好、實(shí)用性強(qiáng)、硬件配套齊全、程序設(shè)計簡單易學(xué)及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。由于PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計的控制裝置,因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。但如果環(huán)境過于惡劣,如強(qiáng)磁場、強(qiáng)腐蝕、高粉塵、強(qiáng)輻射、劇烈的沖擊和震動,都不能保證PLC正常、安全地運(yùn)行。因此,研究PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
  2. 影響PLC控制系統(tǒng)可靠性的主要因素
    PLC控制系統(tǒng)的可靠性通常用平均故障間隔時間來衡量。它表示系統(tǒng)從發(fā)生故障進(jìn)行修理到下一次發(fā)生故障的時間間隔的平均值。PLC裝置本身是非?煽康,而PLC控制系統(tǒng)的干擾主要是外部環(huán)節(jié)和硬件配置不當(dāng)引起的。
    一是電源側(cè)的工頻干擾,它由電源進(jìn)入PLC裝置,造成系統(tǒng)工作不正常;
    二是線路傳輸中的靜電或磁場耦合干擾,以及周圍高頻電源的輻射干擾,靜電耦合是通過信號線與電源線之間的寄生電容,磁場耦合發(fā)生在長布線中線間的寄生互感上,高頻輻射是通過高頻交變磁場與信號間的寄生電容;
    三是PLC控制系統(tǒng)的接地系統(tǒng)不當(dāng)引起的干擾。
    因此,在實(shí)際設(shè)計中往往從以下幾個方面考慮:
    1)對程序和數(shù)據(jù)的保護(hù);
    2)對工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的適應(yīng)性;
    3)故障安全原則,系統(tǒng)間獨(dú)立性原則與冗余及容錯結(jié)構(gòu);
    4)運(yùn)行時的實(shí)時性和連續(xù)性。
  3. PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計
    根據(jù)影響PLC控制系統(tǒng)可靠性的主要因素,在PLC控制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計時,應(yīng)該從系統(tǒng)軟件和硬件兩方面考慮,以提高PLC控制制系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。而在生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中,主要考慮控制系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計。
    1)抑制電源系統(tǒng)引入的干擾
    為了抑制電網(wǎng)大容量設(shè)備起停引起的電網(wǎng)電壓波動及工頻干擾,這方面可采用隔離變壓器,并進(jìn)行濾波,所有屏蔽層進(jìn)行良好接地。
    2)安裝與布線額的抗干擾設(shè)計應(yīng)用
    在大地電位變化較大的場所,PLC系統(tǒng)受到共模干擾,而且很容易轉(zhuǎn)變?yōu)榇8蓴_,因此控制系統(tǒng)的接地系統(tǒng)設(shè)計就尤為重要?刂葡到y(tǒng)的接地方式采用獨(dú)立接地方。接地時應(yīng)注意:接地線應(yīng)盡量短且截面積應(yīng)大于2mm;接地點(diǎn)盡量靠近控制器;接地線應(yīng)避開強(qiáng)電回路和主回路的電線,無法避開時應(yīng)垂直交叉;接地電阻應(yīng)小于2Ω。
    PLC電源線、I/O電源線、輸入信號線、輸出信號線、交流線、直流線分別使用各自的電纜,且盡量分開布線。開關(guān)量信號線和模擬量信號線也盡量分開布線。而且,模擬量信號線應(yīng)需要屏蔽電纜,并將電纜的屏蔽層接地;數(shù)字傳輸線也要采用屏蔽電纜,并將電纜的屏蔽層接地;當(dāng)交流與直流的輸入和輸出信號線不得不問時使用同一配線管時,直流輸入、輸出信號線要使用屏蔽電纜,并將屏蔽層接地。
    3)輸入信號的抗干擾設(shè)計與應(yīng)用
    輸入設(shè)備的輸入信號的線間干擾(差模干擾)用輸入模塊的濾波器可以使其衰減,然而,輸入信號線與地問的共模十?dāng)_在控制器內(nèi)部回路產(chǎn)生的電位差仍會引起控制器誤動作。因此,為了抗共模F擾,控制器要良好接地。
    當(dāng)輸入信號源為感性元件,輸出負(fù)載的負(fù)載特性為感性元件時,為了防止反沖感應(yīng)電勢或浪涌電流損壞模塊,對于交流輸入信號在負(fù)載倆端并聯(lián)電容C和電阻R,對于直流輸入信號并聯(lián)續(xù)流二極管VD,對于感應(yīng)電壓的干擾,采用輸入電壓直流化或輸入端并接浪涌吸收器的方法抑制。
    4)輸出信號的抗干擾設(shè)計
    交流感性負(fù)載場合下,在負(fù)載兩端并接浪涌吸收器;直流負(fù)載場合下,在負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管VD,以抑制輸出信號的干擾,另外,從抗干擾的角度出發(fā),適當(dāng)選擇I/0模塊也是很重要的。在干擾多的場合,可選用絕緣型的I/O模塊和裝有浪涌吸收器的模塊,可以有效地抑制輸入輸出信號地干擾。
    5)輸入輸出信號漏電流地處理
    當(dāng)輸入信號源為晶體管,或是光電開關(guān)輸出類型時,當(dāng)輸出元件為雙向,或是晶體管輸出而外部負(fù)載又很小時會因為這類輸出元件在關(guān)斷時有較大地漏電流,使輸入電路和外部負(fù)載電路不能關(guān)斷,導(dǎo)致輸入與輸出信號地錯誤。為此,在這類輸入、輸出端要并聯(lián)旁路電阻,以減小PLC輸入電流和外部負(fù)載上的電流。
    6)輸入輸出信號采用光電隔離措施的抗干擾設(shè)計
    利用光電耦合器的開關(guān)特性實(shí)現(xiàn)輸入和輸出信號的完全隔離,是抑制干擾的有效措施之一。光電耦合器把各種模擬負(fù)載和數(shù)字信號源隔離開來,也就是把“模擬地”和“數(shù)字地”斷開。由于光電耦合器具有很高的輸入/輸出絕緣電阻和較高地輸出阻抗,被測信號可通過光電耦合器獲得通路,而共模干擾信號由于不成回路而得到有效抑制,因此,在PLC控制系統(tǒng)現(xiàn)場I/O信號經(jīng)光電耦合器隔離,與PLC系統(tǒng)本體分開,切斷了干擾噪聲的通道,解決了輸入輸出回路的抗干擾問題,是系統(tǒng)調(diào)試方便,運(yùn)行可靠。
    在專用磨床的PLC控制系統(tǒng)中,采用了以上幾種方式的抗干擾措施,取得了良好的系統(tǒng)抗干擾能力,該系統(tǒng)經(jīng)過了一段時間的使用,未出現(xiàn)由于干擾而引起的誤動作,整個PLC系統(tǒng)的故障率也下降了,系統(tǒng)運(yùn)行正常。
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