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中国电业【2020年第7期】

  • ID:271850
  • 浏览:6070
  • 学科:产业经济
  • 更新时间:2020-07-17 15:16:34
  • 期刊: 中国电业
内容简介
《中国电业》杂志创办于1950年,是全国电力行业创办时间最早、覆盖面最广、影响最大的杂志。杂志以多种形式准确、及时、深刻地反映电力工业的改革和发展,以深度调查和理论探讨形成独到风格,在国际国内及电力行业内外都有较大影响,在电力媒体中长期处于领军位置。

PLC控制系统干扰抑制探讨

2020-07-17 15:29:36 产业经济 李琨
资料简介

摘要:随着经济和科技水平的快速发展,为提高 PLC运行过程中的稳定性,进而能够在工业生产中充分发挥其控制功能,为各项生产活动的顺利进行提供可靠保障。通过对 PLC实际运行过程中所受到的干扰类型和来源进行系统全面地分析,为 PLC稳定措施的有效制定提供资料支持。 PLC所受到的干扰类型主要有共模干扰和差模干扰 2种类型,而干扰来源主要有空间电磁辐射、电源系统电磁感应、信号线引入、接地系统以及 PLC系统内部的干扰等。所采取的抗干扰硬件措施和软件措施能够显著提高 PLC的运行状态,对确保 PLC的稳定运行具有一定的实际意义。

PLC控制系统干扰抑制探讨

李琨

江苏大唐国际如皋热电有限责任公司 江苏南通 226500

摘要:随着经济和科技水平的快速发展,为提高PLC运行过程中的稳定性,进而能够在工业生产中充分发挥其控制功能,为各项生产活动的顺利进行提供可靠保障。通过对PLC实际运行过程中所受到的干扰类型和来源进行系统全面地分析,为PLC稳定措施的有效制定提供资料支持。PLC所受到的干扰类型主要有共模干扰和差模干扰2种类型,而干扰来源主要有空间电磁辐射、电源系统电磁感应、信号线引入、接地系统以及PLC系统内部的干扰等。所采取的抗干扰硬件措施和软件措施能够显著提高PLC的运行状态,对确保PLC的稳定运行具有一定的实际意义。

关键词:PLC;干扰;信号源

引言

随着科学技术的发展, PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行,系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC,有的是集中安装在控制室,有的是安装在生产现场和各电机设备上,它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性,一方面要求PLC生产厂家用提高设备的抗干扰能力;另一方面,要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视,多方配合才能完善解决问题,有效地增强系统的抗干扰性能。

1PLC控制系统中电磁干扰的主要来源

1.1来自系统外引线的干扰

来自电源的干扰。实践证明,因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多,在工程调试中经常遇到,一般更换隔离性能更高的PLC电源就能解决。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感应电压和电流。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、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等,都通过输电线路传到电源原边。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。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息之外,总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径:一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰,这往往被忽视;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰。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。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。

1.2来自PLC系统内部的干扰

主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生,如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。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。

1.3来自空间的辐射干干扰

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。若DCS、PLC系统置于所射频场内,就回收到辐射干扰,其影响主要通过两条路径: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,一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。

2PLC控制系统工程应用的抗干扰措施

2.1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,其包括了电磁兼容性,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;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;另外是靠考查其在类似工作中的应用实绩。在选择国外进口产品要注意: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。由于我国电网内阻大,零点电位漂移大,地电位变化大,工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上,对系统抗干扰性能要求更高。

2.2综合抗干扰设计

主要考虑来自系统外部的几种抑制措施。主要内容包括:对PLC系统及外引线进行屏蔽并统一在机柜侧进行单端接地以防空间辐射电磁干扰;对外引线进行隔离、滤波,特别是动力电缆,分层布置,交流、直流信号不共用同一根控制电缆、24V、48V信号不共用同一根控制电缆,以防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。

2.3抗干扰的硬件措施

(1)电源的应对措施。电源的进线采用屏蔽线,在条件允许的情况下,加设隔离变压器和整流滤波装置。(2)输出端的应对措施。对于强电场所,可以增设相应的小型继电器线圈,再将继电器触点与PLC的输出端进行有效连接。(3)安装布线的应对措施。确保PLC与能够产生高次谐波设备之间的距离不小于200mm,PLC的信号线与伺服驱动器、步进驱动器以及变频器等的动力线之间的距离不小于300mm。

2.4抗干扰的软件措施

(1)改变滤波时间常数。通过改变数据寄存器中的数值和对REFF输入相应的刷新指令(带滤波器设定),进而能够改变滤波时间和避免大部分的干扰。但是,采用该种方法会增加输入端信号为ON的时间,进而会对实时控制带来一定的影响。(2)选择合适的输入端。以(请加入***品牌***型号的PLC为例)当PLC采用高速计数后,其输入端X0~X7的输入滤波器的滤波时间将会自动调整。当干扰脉冲的宽度很窄,而输入脉冲的频率也较低时,可以选择X2~X7作为输入端,能有效避免干扰。(3)软件延时。由于改变滤波时间常数的方法适用范围有限,对于干扰信号ON闭合时间超过60ms的情况则无能为力。因此,可以在程序中加入相应的延时软件,通过时间继电器延迟一段时间再将其驱动输出。

结语

PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题,因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素,合理有效地抑制干扰,对有些干扰情况还需做具体分析,采取对症下药的方法,才能够使PLC控制系统正常工作。

参考文献:

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[2]刘天生,张南.电磁干扰生产设备PLC的故障分析[J].设备管理与维修,2018(16):169-170.

[3]卯玉杰.PLC控制系统干扰及抗干扰措施探究[J].科技经济导刊,2018(29):84.

[4]孙远勇,王枫.PLC控制系统的干扰源分析与抗干扰措施[J].建材与装饰,2018(39):252-233.

[5]刘烨,徐帅.PLC控制系统中的抗干扰分析及措施[J].山东工业技术,2018(23):116.