PLC控制系统设计及抗干扰分析及措施
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作者: 王洪伟
[摘要]PLC控制系统的工作可靠性与多种因素有关，有些客观因素也干扰着控制系统的稳定性。通过设计正确的硬件线路，选择质量高的元器件，改善工作环境，编制监控程序等措施，可以使PLC控制系统的工作可靠性和稳定性得到很大的提高。
[关键词]PLC 电磁干扰系统设计抗干扰分析措施
可编程控制器(PLC)是一种新型的通用自动化控制装置。它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。但在使用时由于工业生产现场的工作环境恶劣，干扰源众多，都会影响PLC的正常工作。为此。必须采取必要的抗干扰措施。
一、PLC控制系统中的主要电磁干扰来源
1.来自空间的辐射干扰。空间的辐射电磁场(ENI)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。
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。
3.来自电源的干扰。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。尤其是电网内部的变化。入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流转动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路到电源边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上。由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。
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。
5.来自接地系统混乱时的干扰。接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点问存在地电位差，引起地环路电流。影响系统正常工作。例如，电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态加雷击时，地线电流将更大。
6.来自PLC系统内部的干扰。主要由系统内部元器件及电路问的相互电磁辐射产生，如逻辑电路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。这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。
二、PLC控制系统设计
1.分析被控对象并提出控制要求。详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。
2.确定输入／输出设备。根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备(如按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等)和输出设备(如接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等)，从而确定与PLC有关的输入／输出设备，以确定PLC的I／O点数。
3.选择PLC。PLC选择包括对PLC的机型、容量、I／O模块、电源等的选择，详见本章第二节。
4.分配I／O点并设计PLC外围硬件线路
5.程序设计。根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。
6.硬件实施。硬件实施方面主要是进行控制柜(台)等硬件的设计及现场施工。
7.联机调试。联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。
8.整理和编写技术文件。技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等。
三、提高PLC系统的搞干扰性能主要措施
1.采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰。在PLC控制系统中。电源占有极重要的地位。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源(如CPU电源、I／O电源等)、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台进入的。现在，对于PLC系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好电源。而对于变送器供电的电源和PLC系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但普遍还不够，主要是使用的隔离变压器分布参数大。抑制干扰能力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大(如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术)的配电器，以减少PLC系统的干扰。
此外，位保证电网馈点不中断，可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。是一种PLC控制系统的理想电源。
2.电缆选择的敖设。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。笔者在某工程中，采用了铜带铠装屏蔽电力电缆，从而降低了动力线生产的电磁干扰。该工程投产后取得了满意的效果。
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