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PLC抗干扰技术在工业控制系统中的应用

供稿:Plantmate 2020/5/15 11:13:56

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  • 关键词: PLC 抗干扰 工业控制系统
  • 摘要:PLC信号干扰是一个非常复杂的问题,在抗干扰设计的过程中,需要综合考虑各种因素,对当前所处的环境进行强制干扰。同时,对于一些特殊类型的情况,需要采取必要的措施……

PLC信号干扰是一个非常复杂的问题,在抗干扰设计的过程中,需要综合考虑各种因素,对当前所处的环境进行强制干扰。同时,对于一些特殊类型的情况,需要采取必要的措施,针对干扰源的产生,采取有针对性的方法进行隔离,以保证 PLC 控制系统的正常稳定运行。

▲ PLC硬件结构图

PLC与继电器控制系统极为相似,分为输入、输出及逻辑三个组成部分。PLC在工业生产中,对输入输出接口有两个非常重要的要求,抗干扰能力及是否能够满足工业各类信号的匹配要求

■ CPU:作为PLC的核心,在系统的控制下,对电源、内部电路的工作状态进行诊断;

■ 存储器:是PLC用于运算数据的一个重要单元,PLC的存储器有ROM和RAM两种,为了能够让这些用户程序可以在电源之外仍然保持运行,需要为其配置备用电池

■ 输入/输出接口:是连接PLC与工业控制现场信号的重要组成部分,输入接口用于接收参数,输出接口用于输出控制信息。

▲ PLC输入输出连接图

循环扫描是PLC的一个最大的特点,与传统的继电器控制系统存在本质的区别,PLC的工作方式为串行,在一定程度上避免了继电器控制系统中存在的触点竞争问题

▲ PLC循环工作方式图

▶ PLC四种干扰类型

1、空间辐射干扰

当电力设备处于静止状态时,会产生一些电磁波。雷电、广播、雷达等设备所产生的干扰为辐射干扰,其分布范围广。辐射干扰与现场设备的布置情况有很大关联,需要设置屏蔽电缆,以起到对PLC的保护。

2、电源干扰

电源波动会对PLC产生一定的影响。因为电源引入的干扰所造成的故障情况较多,解决电源干扰的方法就是更换电源,选择隔离性能高的电源,可以解决电源干扰所带来的危害。

3、信号传输线干扰

各类传输线除了传输有效的信息,还会受到外界信号的侵入。通过信号线引入的干扰,会使I/O模块造成工作异常,从而无法达到测量的精度,严重时甚至会造成设备损坏。如果系统的隔离性较差会造成信号的互相干扰,引起电流交叉,从而造成系统死机。

4、数字电路干扰

数字集成电路所引起的直流电流为毫安级,当电路处于高速运行状态时,会引起极大的干扰。虽然这种供电电压较低,但是所造成的干扰噪音十分严重。

▶ PLC四种抗干扰措施

01 选择优良电源

P L C控制系统出现电网干扰的原因是因为系统的供电电源不够严密,造成电网干扰的侵入,变送器的供电电源与PLC系统相互连接。变送器的供电电源是仪表供电电源,虽然在一定程度上采取了隔离措施,但隔离变压器的分布参数较大,干扰能力抑制较差,通过电源耦合会造成共模干扰情况,对于共用信号仪表供电,可以选择分布电容小的配电器,以减少干扰

02 正确进行电缆敷设

减少变频装置的辐射电磁干扰,可以采用屏蔽电力电缆以减少电磁干扰,不同类型的信号需要采用不同的电缆进行传输。信号电缆在进行传输时,需要根据传输信号的不同进行传输,严禁使用同一类型的电缆进行敷设,这样可以避免信号线与电缆发生冲突,在输出回路中,熔断器可以保护系统元件不受破坏,输出端子不应该超过 PLC 的设定值,同样负载电流需要低于设定的值。

▲ 交流输入信号的抗干扰图

处于电感性负载断电会产生一定的电动感,当电流正常运行时会产生电弧,造成线路烧结,可以在电路上安装一个二极管,如下图所示。

▲ 直流输入信号的抗干扰图

03 PLC 控制系统电源的抗干扰措施

在控制系统中,电源包括PLC电源、触屏电源。在设计PLC控制系统时,需要根据系统的要求,接入电网电源,选择隔离屏蔽变压器时,对电网电压进行屏蔽。同时,对变压器的屏蔽层接地有一定要求,采用双绞线可以减少电源之间的干扰。另外,还可以增加一个稳压滤波器,从而增加PLC系统可靠性。

04 输入输出信号的抗干扰措施

为了防止信号受到干扰,可以在硬件上设置绝缘模块,或者是 PLC 电源,输入信号线、输出信号线应尽量分开设置,采用屏蔽线进行设置可以避免产生较多的干扰。开关量信号线尽量采用双绞线进行敷设,可以相对的将感应电源引起的噪音降低。输入信号线之间存在一定的差模干扰,可以采用输入模块滤波减少干扰。在输入端为了防止电路信号发生变化,可以采用容差设计技术。干扰较强的场所,需要安装中间继电器进行隔离,防止电磁干扰引入PLC中引起短路。

审核编辑(王静)

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