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PLC控製係統的抗幹擾措施

作者:AM8亚美来源:[AM8亚美公司]访问:992时间:2019-12-01

概述  主動化係統中所使用的各種類型PLC,有的是集中安裝在控製室,有的是分散安裝在生產現場的各單機設備上,固然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,但PLC是專門為產業生產環境而設計的控製裝配,在設計和製造過程中采用了多層次抗幹擾和精選元件措施 ,故具有較強的適應惡劣產業環境的能力、運行穩定性和較高的可靠性,是以一般不需要采取什麽特殊措施就可以直接在產業環境使用,但是由於它直接和現場的I/O設備相連 ,外來幹擾很輕易通過電源線 或I/O傳輸線侵進,從而引發控製係統的誤動作。PLC受到的幹擾可分為外部幹擾和內部幹擾。在實際的生產環境下,外部幹擾是隨機的,與係統結構無關,且幹擾源是無法消除的,隻能針對具體情況加以限製;內部幹擾與係統結構有關,首要通過係統內交流主電路,模擬量輸進信號等引發,可公道設計係統線路來削弱和抑製內部幹擾和防止外部幹擾 。要進步PLC控製係統的可靠性,就要從多方麵進步係統的抗幹擾能力 。  分析硬件電路,提出硬件抗幹擾措施  1、PLC控製係統的安裝和使用環境  PLC是專為產業控製設計的,一般不需要采取什麽特殊措施就可以直接在產業環境使用。但是在PLC控製係統中,假如環境過於惡劣,或安裝使用不當,會降低係統的可靠性。PLC使用環境溫度通常在0℃ ~55℃範圍內,應避免太陽光直接照耀,安裝位置應闊別發熱量大的器件,同時應保證有足夠大的散熱空間和透風條件。環境濕度一般應小於85%,以保證PLC有良好的盡緣。在含有腐蝕性氣體、濃霧或粉塵的場合,需將PLC封閉安裝。此外,假如PLC安裝位置有強烈的振動源,係統的可靠性也會降低 ,所以應采取相應的減振措施。  2 、PLC的電源與接地  PLC本身的抗幹擾能力一般都很強 。通常,隻能將PLC的電源與係統的動力設備電源分開配線,對於電源線來的幹擾 ,一般都有足夠強的抑製能力。但是,假如遇上特殊情況,電源幹擾特別嚴重,可加接一個帶屏蔽層的隔離變壓器以減少設備與地之間的幹擾,進步係統的可靠性。假如一個係統中含有擴展單元,則其電源必須與基本單元共用一個開關控製,也就是說,它們的上電與斷電必須同時進行。良好的接地是保證PLC安全可靠運行的首要條件。為了抑製附加在電源及輸進端 、輸出真個幹擾,應給PLC接專用地線,並且接地點要與其它設備分開,如圖1(a)。若達不到這類要求,也可采用公共接地方式,如圖1(b)。但是禁止采用串聯接地方式,如圖1(c),由於它會使各設備間產生電位差而引進幹擾。此外,接地線要足夠粗,接地電阻要小,接地點應盡可能靠近PLC 。  接地的目的通常有兩個,其一為了安全,其二是為了抑製幹擾。完善的接地係統是PLC控製係統抗幹擾的首要措施之一。接地在消除幹擾上起很大的感化 。這裏的接地是指決定係統電位的地,而不是信號係統回路的接地。在PLC控製係統中有很多懸浮的金屬架,它們是懼空中幹擾的空中線,需要有決定電位的地線。交流地是PLC控製係統供電所必須的,它通過變壓器中間點構成供電兩條回路之一。這條回路上的電流、各種諧波電流等是個嚴重的幹擾源。是以交流地線、直流地線 、模擬地和數字地等必須分開。數字地和模擬地的共點地最好置懸浮方式。地線各點之間的電位差盡可能小,盡量加粗地線,有條件可采用環形地線。係統地端子(LG)是抗幹擾的中性端子,通常不需要接地 ,可是 ,當電磁幹擾比較嚴重時,這個端子需與接大地的端子(GR)連接。   3 、PLC的輸進、輸出設備  輸進電路是PLC接受開關量、模擬量等輸進信號的端口,其元器件質量的好壞、接線方式及是否牢靠也是影響控製係統可靠性的首要身分。以開關量輸進為例,按鈕、行程開關的觸點接觸要保持在良好狀況 ,接線要牢固可靠 。機械限位開關是輕易產生故障的元件,設計時,應盡量選用可靠性高的接近開關代替機械限位開關。此外,按鈕觸點的選擇也影響到係統的可靠性。在設計電路時,應盡量選用可靠性高的元器件,對於模擬量輸進信號來說 ,常用的有4~20mA、0~20mA直流電流信號;0~5V 、0~10V直流電壓信號,電源為直流24V。  對於開關量輸出來說,PLC的輸出有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出三種形式,具體選擇哪種形式的輸出應根據負載要求來決定,選擇不當會使係統可靠性降低,嚴重時導致係統不能正常工作 。如晶閘管輸出隻能用於交流負載,晶體管輸出隻能用於直流負載。此外,PLC的輸出端子帶負載能力是有限的,假如超過了規定的最大限值,必須外接繼電器或接觸器,才能正常工作。外接繼電器、接觸器、電磁閥等履行元件的質量,是影響係統可靠性的首要身分。常見的故障有線圈短路 、機械故障造成觸點不動或接觸不良。這一方麵可以通過選用高質量的元器件來進步可靠性,另一方麵,在對係統可靠性及智能化要求較高的場合,可以根據電路中電流異常的情況對輸出單元的一些重點部位進行診斷,當檢測到異常信號時,係統按程序主動轉進故障處理,從而進步係統工作的可靠性。若PLC輸出端子接有感性元件,則應采取相應的保護措施,以保護PLC的輸出觸點。  為了防止或減少外部配線的幹擾,交流輸進、輸出信號與直流輸進、輸出應分別使用各自的電纜;對於集成電路或晶體管設備的輸進、輸出信號線、必須使用屏蔽電纜,屏蔽電纜在輸進、輸出側懸空,而在控製側接地,其處理方式如圖2 。  軟件抗幹擾措施  硬件抗幹擾措施的目的是盡可能地切斷幹擾進進控製係統,但由於幹擾存在的隨機性,特別是在產業生產環境下,硬件抗幹擾措施並不能將各種幹擾完全拒之門外,這時候,可以發揮軟件的靈活性與硬件措施相結合來進步係統的抗幹擾能力。  1、利用"看門狗"方法對係統的活動狀況進行監控  PLC內部具有豐富的軟元件,如定時器、計數器、輔助繼電器等,利用它們來設計一些程序,可以屏蔽輸進元件的誤信號,防止輸出元件的誤動作。在設計利用程序時 ,可以利用"看門狗"方法實現對係統各構成部分運行狀況的監控。如用PLC控製某一活動部件時 ,編程時可定義一個定時器作"看門狗"用,對活動部件的工作狀況進行監視。定時器的設定值,為活動部件所需要的最大可能時間。在發出該部件的動作指令時,同時啟動"看門狗"定時器。若活動部件在規定時間內達到指定位置,發出一個動作完成信號,使定時器清零,說明監控對象工作正常;否則 ,說明監控對象工作不正常,發出報警或停止工作信號。  2 、消抖  在振動環境中,行程開關或按鈕經常會由於抖動而發出誤信號,一般的抖動時間都比較短,針對抖動時間短的特點,可用PLC內部計時器經過一定時間的延時,得到消除抖動後的可靠有效信號,從而達到抗幹擾的目的。  3 、用軟件數字濾波的方法進步輸進信號的信噪比  為了進步輸進信號的信噪比,常采用軟件數字濾波來進步有效信號真實性。對於有大幅度隨機幹擾的係統,采用程序限幅法,即連續采樣五次,若某一次采樣值遠遠大於其它幾次采樣的幅值,那麽就舍往之。對於流量、壓力、液麵、位移等參數,往往會在一定範圍內頻繁波動,則采用算術均勻法。即用n次采樣的均勻值來代替當前值 。一般以為 :流量n= 12,壓力n=4最合適。對於緩慢變化信號如溫度參數,可連續三次采樣,選取居中的采樣值作為有效信號。對於具有積分器A/D轉換來說 ,采樣時間應取工頻周期(20ms)的整數倍。實踐證實其抑製工頻幹擾能力超過單純積分器的效果。1頁

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