ＰＬＣ系统干扰源与可靠性分析

宓　茜

摘要:PLC广泛应用于社会生产的各个行业,因此讨论其可靠性是非常重要的,而系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。本文分析了与PLC可靠运行有关的各个干扰因素,提出了克服这些因素影响的方案,探讨了提高控制系统可靠性的硬软件措施。

关键词:PLC 干扰源 系统可靠性

中图分类号:F23文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)03-0069-01

随着科学技术的发展,PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和运行,系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC,它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。设计人员只有预先了解各种干扰才能有效保证系统可靠运行。因此,分析PLC系统的各类干扰源及其相应的抗干扰措施是一项十分重要的工作。

1 电磁干扰源及其对系统的干扰

影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样,大都产生在电流或电压剧烈变化的部位,这些部位就是噪声源,即干扰源。

干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中:按噪声产生的原因不同,分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等;按噪声的波形、性质不同,分为持续噪声、偶发噪声等;按声音干扰模式不同,分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地面的电位差,主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压送加所形成。共模电压有时较大,特别是采用隔离性能差的电器供电室,变送器输出信号的共模电压普遍较高,有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压,直接影响测控信号,造成元器件损坏(这就是一些系统I/O模件损坏率较高的原因),这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指用于信号两极间得干扰电压,主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压,这种让直接叠加在信号上,直接影响测量与控制精度。

2PLC控制系统中电磁干扰的主要来源

2.1 来自空间的辐射干扰

辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小,特别是频率有关,一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。

2.2 来自系统外引线的干扰

主要通过电源和信号线引入,通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。

2.3 来自电源的干扰

实践证明,因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多,PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广,将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。

2.4 来自信号线引入的干扰

与PLC控制系统连接的各类信号传输线,除了传输有效的各类信号之外,总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径:一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰,这往往被忽略;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰,即信号线上的外部感应干扰,这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低,严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统,还将导致信号间互相干扰,引起共地系统总线回流,造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重,由此引起系统故障的情况也很多。

3 解决PLC系统干扰的探讨

选用隔离性能较好的设备、选用优良的电源,动力线和信号线走线要更加合理等等,能解决干扰问题,但是比较烦琐、不易操作而且成本较高。利用信号隔离器解决干扰问题是一个比较可行的办法。只要在有干扰的地方,输入端和输出端中间加上合适的信号隔离器,可有效解决干扰问题。信号隔离器的使用简单方便、可靠,成本低廉。同时它可大量减轻设计人员、系统调试人员工作量,即使复杂的系统在普通的设计人员手里,也会变的非常可靠。信号隔离器工作原理是将PLC接收的信号,通过半导体器件调制变换,然后通过光感或磁感器件进行隔离转换,然后再进行解调变换回隔离前原信号或不同信号,同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。除此之外,为了提高PLC控制系统可靠性,抗干扰措施贯穿系统和软、硬件设计的始终。具体来说有如下几点措施:

3.1 输入与输出端子的保护

当输入信号源与输出驱动的负载为感性元件时,对于直流电路应在其两端并联续流二极管;对于交流电路,应在其两端并联阻容吸收电路。采用以上措施,可防止在电感性输入或输出电路断开时产生很高的感应电势或漏电流对PLC输入、输出端点及内部电源造成的冲击。

3.2 输入与输出信号的防错

当输入信号源为晶体管,或者是光电开关输出类型时;当输出元件为双向晶闸管,或是晶体管输出,而外部负载又很小时,会因为这类输出元件在判断时有较大的漏电流,使输入电路和外部负载电路不能关断,导致输入与输出信号的错误。为此应在这类输入、输出电路上并联旁路电阻,以减少PLC输入电流和外部负载电流。

3.3 安装与布线采取一定的抗干扰措施

PLC电源、I/O电源一般都采用带屏蔽层的隔离变压器供电,在有较强干扰源的环境中使用时,或在PLC工作可靠性很高时,应将屏蔽层和PLC浮地端子接地,接地线截面积不能过小,保证接地点与PLC机的距离应小于50m。接地线要采取独立的方式,不能用与其它设备串联接地的方式。

PLC电源线,I/O电源线,输入、输出信号线,交、直流线都应尽量分开布线。开关量信号线与模拟量信号线也应分开布线,后者应用屏蔽线,并且将屏蔽层接地。数字传输线也要采用屏蔽线,并且要将屏蔽层接地。

4 结语

通过对PLC控制系统干扰源的分析,提出了若干抗干扰措施,为工业控制中PLC可靠性设计提供了一定的依据。提高PLC控制系统可靠性的措施还有很多,只要我们在实际应用过程中,充分考虑到对PLC的各种不利因素,在系统应用中采取适当的保护措施,就完全可以使控制系统安全、可靠地运行。

参考文献:

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