浅议PLC现场使用中的抗干扰问题

科技信息 2009 年 第 23期SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION ● PLC 是从 20 世纪 60 年代初迅速发展起来的新一代工业控制装 置,它采用了微型计算机的基本结构。 它的出现不仅可以取代传统的 继电器控制方式,而且通过使硬件软化,采用无触点的控制方式 ,极大 地提高了系统的可靠性。 由于 PLC 控制系统的可靠性直接影响到工 业企业的和经济运行,该系统的抗干扰能力的强弱直接关系 到自动控制系统能否顺利运行。 1.干扰源的分析及其对系统的干扰 1.1 干扰缘的分类 干扰源的干扰类型多种多样， 大都产生在电 场、磁场、电流或电压剧烈变化的部位。 在这些部位电荷剧烈移动,就 形成了噪声干扰源。 通常可按产生噪声的原因、噪声干扰模式和噪声 的波形和性质的不同进行划分,其中按噪声干扰模式进行分类是一种 比较常用的分类方法。 该方法将干扰分为共模干扰和差模干扰。 共模 干扰是信号对地的电位差,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)电压叠加所形成。 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 种共模干扰可为直流,亦可为交流。 差模干扰是指作用于信号两极间 的干扰电压,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,该电压叠加在信号上,直接影响测量与控制 精度。 2. PLC 控制系统中电磁干扰的主要来源及其影响 2.1 空间的辐射干扰 空间的辐射电磁场主要是由电力网络、电 气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备 等产生的,通常称为辐射干扰,其分布极为复杂。 其干扰的路径有:一是 直接对 PLC 内部的辐射,由电路感应产生干扰;二是对 PLC 通信内网 络的辐射,由通信线路的感应引入干扰。 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。 2.2 外接引线的干扰 2.2.1 电源的干扰。 因电源引入的干扰造成 PLC 控制系统故障的 情况很多。 使用隔离性能较好的 PLC 电源, 就可有效地解决该问题。 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,它将 受到所有空间电磁干扰而在线路上产生感应电压和电流。如开关操作 产生的浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波等,都通 过输电线路传到电源。 2.2.2 信号线引入的干扰。 与 PLC 控制系统连接的各类信号传输 线, 在传输各类有效信息时,总会有外部干扰信号侵入。 主要是信号线 受空间电磁辐射感应的干扰,即信号线上的外部感应干扰,是一种较为 严重的干扰。由于此类干扰的存在,I/O 信号工作可能出现异常,相关的 测量精度也会相应受到影响,严重时将引起元器件损坏。 2.3 接地系统混乱时的干扰。 PLC 控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接 地系统混乱,各个接地点电位分布不均,不同接地点间存在地电位差 , 会引起 PLC 系统地环路电流,影响系统正常工作。 此外,屏蔽层、接地 线和大地也有可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内又会 出现感应电流, 通过屏蔽层与芯线之间的耦合, 干扰信号回路, 影响 PLC 内逻辑电路和模拟电路的正常工作。 2.4 PLC 系统内部的干扰 此类干扰主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生。 逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响,模拟地与逻辑地的相互影 响及元器件间的相互不匹配使用等,都可能导致此类干扰的产生。 它 主要与 PLC 制造厂对系统内部进行电磁兼容有关。 3. PLC 现场应用的抗干扰设计 PLC 控制系统的抗干扰是一个系统工程,既要求制造单位设计生 产出具有较强抗干扰能力的产品, 又要求其使用部门在工程设计、安 装施工和运行维护中予以全面考虑, 并结合具体情况进行综合设计, 才能保证系统的电磁兼容性和运行可靠性。使用部门在进行具体工程 的抗干扰设计时,应主要考虑以下两个方面。 3.1 设备选型 在选择设备时, 首先要选择有较高抗干扰能力的 产品,其中包括电磁兼容性,尤其是抗外部干扰能力,如采用浮地技术、 隔离性能好的 PLC 系统等;其次,还应了解生产厂给出的抗干扰指标, 如共模拟制比、差模拟制比、耐压能力、允许在多大电场强度和多高频 率的磁场强度环境中工作; 另外, 还应考查其在类似工作中的应用实 绩。 在选择国外进口产品时应注意: 我国是采用 220V 高内阻电网制 式,而欧美地区是 110V 低内阻电网。 我国电网内阻大,零点电位漂移 大,地电位变化大,工业企业现场的电磁干扰要比欧美地区高 4 倍 ,对 系统抗干扰性能要求更高。 3.2 综合抗干扰设计 主要可采用来自系统外部的几种干扰的抑 制措施。 对 PLC 系统及外引线进行屏蔽,防止空间辐射电磁干扰;对外 引线进行隔离、滤波,特别是动力电缆要分层布置,防止通过外引线引 入传导电磁干扰;正确设计接地点和接地装置,完善接地系统。 另外,还 必须利用软件手段,进一步提高系统的安全可靠性。 4.主要抗干扰措施 4.1 在 PLC 控制系统中采用性能优良的电源。 电网干扰串入 PLC 控制系统, 主要是通过 PLC 系统的供电电源、 变送器供电电源和与 PLC 系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。 现在,对 于 PLC 系统供电的电源 ,一般都采用在线式不间断供电电源(UPS)供 电,提高供电的安全可靠性。 并且,UPS 还具有较强的干扰隔离性能,是 PLC 控制系统的理想电源。 4.2 选择铺设好电缆。 为了减少动力电缆辐射电磁干扰,尤其是变 频装置馈电电缆,在工程中,可采用铜带铠装屏蔽电力电缆 ,若电缆较 长,电流较大,屏蔽层采用两点接地,否则一点接地。 实践证明抗干扰效 果较为满意。 严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号, 信号线不宜与动力电缆靠近平行铺设。 4.3 硬件滤波及软件抗干扰措施信号在接入 PLC 前, 在信号线与 地间并接电容,以减少共模干扰;在信号两极间加装滤波器可减少差模 干扰。此外，在 PLC 控制系统的软件设计和组态时,还应在软件方面进 行抗干扰处理。 常用的一些措施为:使用数字滤波和工频整形采样来 有效消除周期性干扰;定时校正参考点电位,并采用动态零点来有效防 止电位漂移等提高软件结构可靠性。 4.4 正确选择接地点,完善接地系统。完善的接地系统是 PLC 控制 系统抗电磁干扰的重要措施之一。 系统接地方式有:浮地方式、直接接 地方式和电容接地 3 种方式。 对 PLC 控制系统而言,它属高速低电平 控制装置,应采用直接接地方式。 由于信号电缆分布电容和输入装置 滤波等的影响,装置之间的信号交换频率一般都低于 1MHz,所以,PLC 控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的 PLC 系统适于并联一点接地方式,各装置的柜体中心接地点以单独的接地 线引向接地极。 一定要避免多点接地。 5.结束语 PLC 控制系统的可靠性、 安全性设计是一项较为复杂的系统工 程,它涉及以生产工艺流程、控制理论、硬件/软件选型、仪表、传感器、 信号抗干扰、接地、防雷等多方面的知识。 同时,还必须具备较为丰富 的工程现场施工经验,才能够设计出具有高科学性、高可靠性、高实用 性的 PLC 控制系统。 【参考文献】 ［1］王晓光,郭瑞平,高海军.PLC 控制系统的抗干扰设计． ［2］唐爱斌,刘福良.PLC 系统的抗干扰措施． ［责任编辑：张新雷］ 浅议 PLC现场使用中的抗干扰问题 高洪家 （兖矿贵州黔西能源开发公司青龙煤矿 贵州 黔西 551500） 【摘 要】通过分析影响 PLC 控制系统可靠性的主要因素从电磁干扰的类别出发,结合 PLC 控制系统的内外结构,分析干扰源对 PLC 控 制系统和整个自动控制系统的影响;并结合工程实际,提出了提高 PLC 控制系统可靠性的软、硬件措施。 确保 PLC 正常安全运行。 【关键词】PLC；电磁干扰；控制系统；差模干扰；共模干扰 科 ○机械与电子○ 830