ＰＬＣ系統干擾源與可靠性分析

宓　茜

摘要:PLC廣泛應用于社會生產的各個行業,因此討論其可靠性是非常重要的,而系統的抗干擾能力是關系到整個系統可靠運行的關鍵。本文分析了與PLC可靠運行有關的各個干擾因素,提出了克服這些因素影響的方案,探討了提高控制系統可靠性的硬軟件措施。

關鍵詞:PLC 干擾源 系統可靠性

中圖分類號:F23文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)03-0069-01

隨著科學技術的發展,PLC在工業控制中的應用越來越廣泛。PLC控制系統的可靠性直接影響到工業企業的安全生產和運行,系統的抗干擾能力是關系到整個系統可靠運行的關鍵。自動化系統中所使用的各種類型PLC,它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環境中。設計人員只有預先了解各種干擾才能有效保證系統可靠運行。因此,分析PLC系統的各類干擾源及其相應的抗干擾措施是一項十分重要的工作。

1 電磁干擾源及其對系統的干擾

影響PLC控制系統的干擾源與一般影響工業控制設備的干擾源一樣,大都產生在電流或電壓劇烈變化的部位,這些部位就是噪聲源,即干擾源。

干擾類型通常按干擾產生的原因、噪聲的干擾模式和噪聲的波形性質的不同劃分。其中:按噪聲產生的原因不同,分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等;按噪聲的波形、性質不同,分為持續噪聲、偶發噪聲等;按聲音干擾模式不同,分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號對地面的電位差,主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態(同方向)電壓送加所形成。共模電壓有時較大,特別是采用隔離性能差的電器供電室,變送器輸出信號的共模電壓普遍較高,有的可高達130V以上。共模電壓通過不對稱電路可轉換成差模電壓,直接影響測控信號,造成元器件損壞(這就是一些系統I/O模件損壞率較高的原因),這種共模干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指用于信號兩極間得干擾電壓,主要由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模干擾所形成的電壓,這種讓直接疊加在信號上,直接影響測量與控制精度。

2PLC控制系統中電磁干擾的主要來源

2.1 來自空間的輻射干擾

輻射干擾與現場設備布置及設備所產生的電磁場大小,特別是頻率有關,一般通過設置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。

2.2 來自系統外引線的干擾

主要通過電源和信號線引入,通常稱為傳導干擾。這種干擾在我國工業現場較嚴重。

2.3 來自電源的干擾

實踐證明,因電源引入的干擾造成PLC控制系統故障的情況很多,PLC系統的正常供電電源均由電網供電。由于電網覆蓋范圍廣,將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓和電路。

2.4 來自信號線引入的干擾

與PLC控制系統連接的各類信號傳輸線,除了傳輸有效的各類信號之外,總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑:一是通過變送器或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾,這往往被忽略;二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾,即信號線上的外部感應干擾,這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低,嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統,還將導致信號間互相干擾,引起共地系統總線回流,造成邏輯數據變化、誤動和死機。PLC控制系統因信號引入干擾造成I/O模件損壞數相當嚴重,由此引起系統故障的情況也很多。

3 解決PLC系統干擾的探討

選用隔離性能較好的設備、選用優良的電源,動力線和信號線走線要更加合理等等,能解決干擾問題,但是比較煩瑣、不易操作而且成本較高。利用信號隔離器解決干擾問題是一個比較可行的辦法。只要在有干擾的地方,輸入端和輸出端中間加上合適的信號隔離器,可有效解決干擾問題。信號隔離器的使用簡單方便、可靠,成本低廉。同時它可大量減輕設計人員、系統調試人員工作量,即使復雜的系統在普通的設計人員手里,也會變的非常可靠。信號隔離器工作原理是將PLC接收的信號,通過半導體器件調制變換,然后通過光感或磁感器件進行隔離轉換,然后再進行解調變換回隔離前原信號或不同信號,同時對隔離后信號的供電電源進行隔離處理。保證變換后的信號、電源、地之間絕對獨立。除此之外,為了提高PLC控制系統可靠性,抗干擾措施貫穿系統和軟、硬件設計的始終。具體來說有如下幾點措施:

3.1 輸入與輸出端子的保護

當輸入信號源與輸出驅動的負載為感性元件時,對于直流電路應在其兩端并聯續流二極管;對于交流電路,應在其兩端并聯阻容吸收電路。采用以上措施,可防止在電感性輸入或輸出電路斷開時產生很高的感應電勢或漏電流對PLC輸入、輸出端點及內部電源造成的沖擊。

3.2 輸入與輸出信號的防錯

當輸入信號源為晶體管,或者是光電開關輸出類型時;當輸出元件為雙向晶閘管,或是晶體管輸出,而外部負載又很小時,會因為這類輸出元件在判斷時有較大的漏電流,使輸入電路和外部負載電路不能關斷,導致輸入與輸出信號的錯誤。為此應在這類輸入、輸出電路上并聯旁路電阻,以減少PLC輸入電流和外部負載電流。

3.3 安裝與布線采取一定的抗干擾措施

PLC電源、I/O電源一般都采用帶屏蔽層的隔離變壓器供電,在有較強干擾源的環境中使用時,或在PLC工作可靠性很高時,應將屏蔽層和PLC浮地端子接地,接地線截面積不能過小,保證接地點與PLC機的距離應小于50m。接地線要采取獨立的方式,不能用與其它設備串聯接地的方式。

PLC電源線,I/O電源線,輸入、輸出信號線,交、直流線都應盡量分開布線。開關量信號線與模擬量信號線也應分開布線,后者應用屏蔽線,并且將屏蔽層接地。數字傳輸線也要采用屏蔽線,并且要將屏蔽層接地。

4 結語

通過對PLC控制系統干擾源的分析,提出了若干抗干擾措施,為工業控制中PLC可靠性設計提供了一定的依據。提高PLC控制系統可靠性的措施還有很多,只要我們在實際應用過程中,充分考慮到對PLC的各種不利因素,在系統應用中采取適當的保護措施,就完全可以使控制系統安全、可靠地運行。

參考文獻:

[1] 蘇淦萬.提高PLC可靠性抗干擾措施[J].能源與環境,2004,(4).

[2] 鄭亮,蔣大明,戴勝華.PLC可靠性分析與冗余設計[J].工礦自動化,2005,(2).

[3] 趙躍華.可編程序控制器及其應用[M].成都:電子科技大學出版社,1998.

[4] 廖常初主編.程控制器技術[M].重慶:重慶大學工業出版社,1992.