ＰＬＣ應(yīng)用中干擾的分析及解決方法

摘要：本文通過我校PLC的實(shí)踐應(yīng)用，對影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要干擾源、成因進(jìn)行了分析。從硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序編制入手，研究探討提高PLC控制系統(tǒng)抗干擾能力的方法和措施。實(shí)踐證明，這些方法和措施對提高PLC控制系統(tǒng)抗干擾能力具有普遍意義和實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：PLC；干擾分析；解決方法

PLC作為一種自動(dòng)化程度高、配置靈活的工業(yè)生產(chǎn)過程控制裝置，因?yàn)槠浔旧淼母呖煽啃?、允許在較為惡劣的環(huán)境下工作而在自動(dòng)控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。在PLC控制系統(tǒng)中，其薄弱環(huán)節(jié)在I／O端口，雖然其I/O端口具有一定的隔離、濾波作用，但由于PLC的應(yīng)用場合越來越廣，應(yīng)用環(huán)境越來越復(fù)雜，所受到的干擾也越來越多。因此，研究PLC控制系統(tǒng)干擾信號的來源、成因并采取針對性抑制措施，對于提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性，以及實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能生產(chǎn)具有重要作用。

問題的提出：我校鍋爐房鍋爐電氣控制系統(tǒng)，早期采用接觸器-繼電器控制線路。電氣元件較多，可靠性差，電氣故障頻繁，且自動(dòng)化程度低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。在了解了本系統(tǒng)的工作特點(diǎn)和生產(chǎn)過程，明確控制任務(wù)和設(shè)計(jì)要求，確定了控制系統(tǒng)的工作方式后。經(jīng)過研究，根據(jù)各輸入和輸出信號的數(shù)量和性質(zhì)，確定用FX2N—48MR型PLC對其控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造。試運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)有誤動(dòng)現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場勘察及分析，是I/O端口受干擾所致，最終找到了原因排除了故障。

一、 PLC應(yīng)用中I/O端口干擾源的分析

影響PLC控制系統(tǒng)I/O端口的干擾因素很多，主要有以下幾個(gè)方面：①輸入元器件觸點(diǎn)的抖動(dòng)干擾：由于生產(chǎn)現(xiàn)場強(qiáng)烈振動(dòng)使PLC輸入元器件觸點(diǎn)發(fā)生抖動(dòng)（尤其是各種繼電器常閉觸點(diǎn)）產(chǎn)生的誤信號所形成的干擾。②輸入端無觸點(diǎn)器件漏電流的干擾：由于PLC輸入元器件選擇晶體管、晶閘管或接近開關(guān)等器件，其存在的漏電流對PLC的輸入端產(chǎn)生了干擾。③電容性干擾：在干擾源與干擾對象（PLC）之間存在分布電容耦合所產(chǎn)生的干擾及感性負(fù)載的干擾。④電感性干擾：干擾源中的交變磁場通過干擾對象（PLC）中的電感性元件耦合所產(chǎn)生的干擾。

二、 常見I/O端口干擾的解決方法

（1）輸入、輸出信號的防錯(cuò)。當(dāng)輸入信號源為晶體管，或是光電開關(guān)、接近開關(guān)輸出類型時(shí)，在關(guān)斷時(shí)仍有較大的漏電流。而PLC的輸入繼電器靈敏度較高，如漏電流干擾超過一定值，就形成了誤信號。同樣，當(dāng)輸出元件為雙向晶閘管或是晶體管輸出，而外部負(fù)載又很小時(shí)，會(huì)因?yàn)檫@類輸出元件在關(guān)斷時(shí)有較大的漏電流，引起微小電流負(fù)載的誤動(dòng)，導(dǎo)致輸入與輸出信號的錯(cuò)誤，給設(shè)備和人身造成不良影響。我校鍋爐房電氣控制系統(tǒng)的誤動(dòng)作原因其一是進(jìn)煤系統(tǒng)的限位開關(guān)觸點(diǎn)兩端并聯(lián)氖泡指示燈產(chǎn)生漏電流所致，其二是排渣系統(tǒng)采用的接近開關(guān)產(chǎn)生漏電流所致。

解決辦法之一是在這類輸入、輸出端并聯(lián)旁路電阻，以減小PLC輸入電流和外部負(fù)載上的電流。另一種方法是在PLC輸入端加RC濾波環(huán)節(jié)，利用RC的延遲作用來抑制竄入脈沖所引起的干擾。在晶閘管輸出的負(fù)載兩端并聯(lián)RC浪涌電流抑制器，減小漏電流的干擾。PLC輸入、輸出端接有感性元件時(shí)，對于直流電路應(yīng)在它們兩端并聯(lián)續(xù)流二極管。對于交流電路，應(yīng)并聯(lián)阻容電路以抑制電路斷開時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢及電弧對PLC的影響。還有一種方法是另選其他方式的輸入回路來取代易產(chǎn)生漏電流的輸入回路。

（2）PLC的接地處理。在PLC控制系統(tǒng)中，具有多種形式的“地”。主要有：①信號地：是輸入端信號元件——傳感器的地。為了抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾，應(yīng)對PLC系統(tǒng)進(jìn)行良好的接地。一般情況下，接地方式與信號頻率有關(guān)，當(dāng)頻率低于1 MHz時(shí)，可用一點(diǎn)接地；高于10 MHz時(shí)，采用多點(diǎn)接地；在1～10 MHz間采用哪種接地視實(shí)際情況而定。因此，PLC組成的控制系統(tǒng)常用一點(diǎn)接地，接地線截面積不能小于2 mm2，接地電阻不能大于100Ω，接地線最好是專用地線。若達(dá)不到這種要求，也可采用公共接地方式，禁止采用與其他設(shè)備串聯(lián)接地的方式。②屏蔽地：一般為防止靜電、磁場感應(yīng)而設(shè)置的外殼或金屬絲網(wǎng)，通過專門的銅導(dǎo)線將其與地殼連接。③交流地和保護(hù)地：交流供電電源的N線，通常它是產(chǎn)生噪聲的主要地方。而保護(hù)地一般將機(jī)器設(shè)備外殼或設(shè)備內(nèi)獨(dú)立器件的外殼接地，用以保護(hù)人身安全和防護(hù)設(shè)備漏電。交流電源在傳輸時(shí)，在相當(dāng)一段間隔的電源導(dǎo)線上，會(huì)有幾mV、甚至幾V的電壓，而低電平信號傳輸要求電路電平為零。為防止交流電對低電平信號的干擾，在直流信號的導(dǎo)線上要加隔離屏蔽；不允許信號源與交流電共用一根地線；各個(gè)接地點(diǎn)通過接地銅牌連接到一起。屏蔽地、保護(hù)地不能與電源地、信號地和其他地扭在一起，只能各自獨(dú)立地接到接地銅牌上。為減少信號的電容耦合噪聲，可采用多種屏蔽措施。對于電場屏蔽的分布電容問題，通過將屏蔽地接入大地可解決。對于純防磁的部位，例如強(qiáng)磁鐵、變壓器、大電機(jī)的磁場耦合，可采用高導(dǎo)磁材料作外罩，將外罩接入大地來屏蔽。

（3）PLC輸入輸出的配線。PLC電源線、I／O電源線、輸入信號線、輸出信號線、交流線、直流線都應(yīng)盡量分開布線。開關(guān)量信號線與模擬量信號線也應(yīng)分開布線，無論是開關(guān)量信號線還是模擬量信號線均應(yīng)采用屏蔽線，并且將屏蔽層可靠接地。由于雙絞線中電流方向相反，大小相等，可將感應(yīng)電流引起的噪聲互相抵消，故信號線多采用雙絞線或屏蔽線。

三、 從軟件設(shè)計(jì)方面提高系統(tǒng)抗干擾能力

PLC內(nèi)部具有豐富的軟元件，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等，利用它們設(shè)計(jì)一些程序，可以屏蔽輸入元件的誤信號，防止輸出元件的誤動(dòng)作，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

（1）利用PLC內(nèi)部計(jì)數(shù)器，消除輸入元件觸點(diǎn)“抖動(dòng)”干擾。在PLC控制系統(tǒng)中，由于外界干擾的影響，有些輸入元件在接通時(shí)，會(huì)發(fā)生觸點(diǎn)時(shí)斷時(shí)續(xù)的“抖動(dòng)”現(xiàn)象而發(fā)出錯(cuò)誤信號。消除這種干擾的方法，是利用計(jì)數(shù)器經(jīng)適當(dāng)編程來實(shí)現(xiàn)。

（2）利用PLC內(nèi)部定時(shí)器，屏蔽輸入端可能出現(xiàn)的誤信號。在PLC組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，每一次循環(huán)，各工步的動(dòng)作時(shí)間通常是固定不變的，行程開關(guān)（或其他敏感元件如光電開關(guān)）總是在該工步的同一時(shí)刻發(fā)出信號。根據(jù)這一特點(diǎn)，用兩個(gè)內(nèi)部定時(shí)器，限定PLC只在該開關(guān)正常發(fā)信號的時(shí)間內(nèi)采樣，就可屏蔽掉其他時(shí)間可能產(chǎn)生的誤信號——干擾信號。

四、 結(jié)束語

PLC作為一種自動(dòng)化程度高、配置靈活的工業(yè)生產(chǎn)過程控制裝置，因?yàn)槠浔旧淼母呖煽啃?、允許在較為惡劣的環(huán)境下工作而在自動(dòng)控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。隨著PLC的應(yīng)用越來越廣泛，它所要克服的干擾越來越多，越來越復(fù)雜。因此，研究PLC控制系統(tǒng)干擾信號的來源、成因并采取針對性抑制措施，對于提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性，以及實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能生產(chǎn)，具有重要作用。如何進(jìn)一步提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力，多種方法及措施正在研究探索之中。通過正確設(shè)計(jì)硬件線路，選用高質(zhì)量的元器件，充分利用PLC本身軟元件，靈活巧妙地編程等措施，可以有效地改善系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。通過我校PLC應(yīng)用中出現(xiàn)的事例，經(jīng)過分析研究及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，不僅從根本上解決了干擾問題，而且還提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

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（莊河職業(yè)教育中心）