1、概述

 

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC在工業(yè)控制中的應用越來(lái)越廣泛。PLC控制系統的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行，系統的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統可靠運行的關(guān)鍵。自動(dòng)化系統中所使用的各種類(lèi)型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產(chǎn)現場(chǎng)和各種電機設備上，它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統可靠性，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。

 

2、電磁干擾源及對系統的干擾

 

影響PLC控制系統的干擾源于一般影響工業(yè)控制設備的干擾源一樣，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動(dòng)的部位就是噪聲源，即干擾源。

 

干擾類(lèi)型通常按干擾產(chǎn)生的原因、噪聲的干擾模式和噪聲的波形性質(zhì)的不同劃分。其中：按噪聲產(chǎn)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(zhì)不同，分為持續噪聲、偶發(fā)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(lèi)方法。共模干擾是信號對地面的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線(xiàn)上感應的共態(tài)（同方向）電壓送加所形成。共模電壓有時(shí)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(guò)不對稱(chēng)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(chǎng)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。

 

 

 

3、PLC 控制系統中電磁干擾的主要來(lái)源有哪些呢？

 

(1) 來(lái)自空間的輻射干擾：

 

空間的輻射電磁場(chǎng)（EMI）主要是由電力網(wǎng)絡(luò )、電氣設備的暫態(tài)過(guò)程、雷電、無(wú)線(xiàn)電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產(chǎn)生的，通常稱(chēng)為輻射干擾，其分布極為復雜。若PLC 系統置于所射頻場(chǎng)內，就回收到輻射干擾，其影響主要通過(guò)兩條路徑；一是直接對PLC 內部的輻射，由電路感應產(chǎn)生干擾；而是對PLC 通信內網(wǎng)絡(luò )的輻射，由通信線(xiàn)路的感應引入干擾。輻射干擾與現場(chǎng)設備布置及設備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)大小，特別是頻率有關(guān)，一般通過(guò)設置屏蔽電纜和PLC 局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護。

 

(2) 來(lái)自系統外引線(xiàn)的干擾：

 

主要通過(guò)電源和信號線(xiàn)引入，通常稱(chēng)為傳導干擾。這種干擾在我國工業(yè)現場(chǎng)較嚴重。

 

(3)來(lái)自電源的干擾：

 

實(shí)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，筆者在某工程調試中遇到過(guò)，后更換隔離性能更高的PLC 電源，問(wèn)題才得到解決。

 

PLC 系統的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，

 

將受到所有空間電磁干擾而在線(xiàn)路上感應電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內部的變化，開(kāi)關(guān)操作浪涌、大型電力設備起停、交直流轉動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過(guò)輸電線(xiàn)路到電源邊。PLC 電源通常采用隔離電源，但其機構及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實(shí)際上，由于分布參數特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。

 

(4) 來(lái)自信號線(xiàn)引入的干擾：

 

與PLC 控制系統連接的各類(lèi)信號傳輸線(xiàn)，除了傳輸有效的各類(lèi)信號之外，總會(huì )有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過(guò)變送器或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽略；二是信號線(xiàn)受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線(xiàn)上的外部感應干擾，這是很?chē)乐氐?。由信號引入干擾會(huì )引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時(shí)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(xiàn)回流，造成邏輯數據變化、誤動(dòng)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。

 

(5)來(lái)自接地系統混亂時(shí)的干擾：

 

接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，反而會(huì )引入嚴重的干擾信號，使PLC 系統將無(wú)法正常工作。PLC 控制系統的地線(xiàn)包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統混亂對 PLC 系統的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過(guò)屏蔽層，當發(fā)生異常狀態(tài)加雷擊時(shí)，地線(xiàn)電流將更大。

 

此外，屏蔽層、接地線(xiàn)和大地有可能構成閉合環(huán)路，在變化磁場(chǎng)的作用下，屏蔽層內有會(huì )出現感應電流，通過(guò)屏蔽層與芯線(xiàn)之間的耦合，干擾信號回路。若系統地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流可能在地線(xiàn)上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC 內邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC 工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC 的邏輯運算和數據存儲，造成數據混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動(dòng)作。

 

(6)來(lái)自PLC系統內部的干擾：

 

主要由系統內部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于PLC 制造廠(chǎng)對系統內部進(jìn)行電磁兼容設計的內容，比較復雜，作為應用部門(mén)是無(wú)法改變，可不必過(guò)多考慮，但要選擇具有較多應用實(shí)績(jì)或經(jīng)過(guò)考驗的系統。

 

4、系統受干擾時(shí)，常會(huì )遇到以下幾種主要干擾現象：

 

(1)系統發(fā)指令時(shí)，電機無(wú)規則地轉動(dòng)；

 

(2)信號等于零時(shí)，數字顯示表數值亂跳；

 

(3)傳感器工作時(shí)，PLC采集過(guò)來(lái)的信號與實(shí)際參數所對應的信號值不吻合，且誤差值是隨機的、無(wú)規律的；

 

(4)與交流伺服系統共用同一電源(如顯示器等)工作不正常。

 

5、怎樣才能更好、更簡(jiǎn)單解決PLC系統干擾？

 

(1)理想狀態(tài)下是選用隔離性能較好的設備、選用優(yōu)良的電源、動(dòng)力線(xiàn)和信號線(xiàn)走線(xiàn)、電源接地要更加合理等等，但是需要不同設備廠(chǎng)商共同協(xié)作才能完成，很難做到，而且成本較高。

 

(2)利用模擬信號隔離器，有稱(chēng)作信號變送器、屬于信號調理的范疇。其主要起抗干擾作用。正因為它有特強的抗干擾能力所以在自動(dòng)化控制系統中應用非常廣泛。尤其對于復雜的工業(yè)現場(chǎng)，控制程序越來(lái)越復雜，信號隔離器對各種模擬量信號進(jìn)行輸入、輸出、電源三端隔離，的確是當今自動(dòng)化控制系統中抗干擾的有效措施之一。

 

6、為什么解決PLC系統干擾首選信號隔離器呢？

 

(1)使用簡(jiǎn)單方便、可靠，成本低廉，可同時(shí)解決多種干擾。

 

(2)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(huì )變的非常穩定可靠。

 

7、信號隔離器工作原理是什么？

 

首先將PLC接收的信號，通過(guò)半導體器件調制變換，然后通過(guò)光感或磁感器件進(jìn)行隔離轉換，然后再進(jìn)行解調變換回隔離前原信號或不同信號，同時(shí)對隔離后信號的供電電源進(jìn)行隔離處理。保證變換后的信號、電源、地之間絕對獨立。

 

8、現在市場(chǎng)有那么多品牌的隔離器，價(jià)格參差不齊，該怎么選擇呢？

 

隔離器位于二個(gè)系統通道之間，所以選擇隔離器首先要確定輸入輸出功能，同時(shí)要使隔離器輸入輸出模式（電壓型、電流型、環(huán)路供電型等）適應前后端通道接口模式。此外尚有精度﹑功耗﹑噪音﹑絕緣強度﹑總線(xiàn)通訊功能等許多重要參數涉及產(chǎn)品性能，例如：噪音與精度有關(guān)、功耗熱量與可靠性有關(guān)，這些需要使用者慎選?？傊?，適用、可靠、產(chǎn)品性?xún)r(jià)比是選擇隔離器的主要原則。

 

如果你對以上的分享還不太清楚，那接下來(lái)給大家敲黑板劃重點(diǎn)（11種模擬量干擾解決辦法）：

 

1、加1：1信號隔離器；

 

2、加磁環(huán)；

 

3、PLC供電加隔離變壓器；

 

4、開(kāi)關(guān)量信號和模擬量信號分開(kāi)走；

 

5、模擬信號最好采用單獨屏蔽線(xiàn)。信號類(lèi)型最好采用4-20mA；

 

6、模擬信號負載是電磁閥類(lèi)的，最好能選1.5的線(xiàn)；

 

7、模擬信號和數字信號不能合用同一根多芯電纜,更不能和電源線(xiàn)共用電纜；

 

8、PLC輸入輸出信號線(xiàn)，必須使用屏蔽電纜，在輸入輸出側懸空，而在PLC側接地；

 

9、信號線(xiàn)纜要遠離強干擾源，如變頻器、大功率硅整流裝置和大型動(dòng)力設備；

 

10、模擬信號和數字信號不能合用同一根多芯電纜,更不能和電源線(xiàn)共用電纜；

 

11、為了減少電子干擾對于模擬信號應使用雙絞屏蔽電纜模擬信號電纜的屏蔽層應該兩端接地，但是如果電纜兩端存在電位差將會(huì )在屏蔽層中產(chǎn)生等電線(xiàn)連接電流造成對模擬信號的干擾在這種情況下你應該讓電纜的屏蔽層一端接地。

 

 

推薦閱讀：