PLC接地问题及抗干扰处理问题.docx

近年来，随着社会的发展，P1.C可编程序控制器在工业生产中得到了广泛的使用，同时技术人员对其使用要求也在逐年增高，因此对系统正常稳定运行要求也越来越高。P1.C产品本身的可靠性可以保证，但在应用中一些不正确的操作会造成一定的影响。接地问题P1.C系统接地要求比较严格，最好有独立的专用接地系统，还要注意与P1.C有关的其他设备也要可靠接地。多个电路接地点连接在一起时，会产生意想不到的电流，导致逻辑错误或损坏电路。产生不同的接地电势的原因,通常是由于接地点在物理区域上被分隔的太远,当相距很远的设备被通信电缆或传感器连接在一起的时候，电缆线和地之间的电流就会流经整个电路，即使在很短的距离内，大型设备的负载电流也可以在其与地电势之间产生变化，或者通过电磁作用直接产生不可预知的电流。在不正确的接地点的电源之间，电路中有可能产生毁灭性的电流，以至于破坏设备。P1.C系统一般选用一点接地方式。为了提高抗共模干扰能力，对于模拟信号可以采用屏蔽浮地技术，即信号电缆的屏蔽层一点接地，信号回路浮空，与大地绝缘电阻应不小于50MQ。抗干扰处理工业现场的环境比较恶劣，存在着许多高低频干扰。这些干扰一般是通过与现场设备相连的电缆引入P1.C的。除了接地措施外，在电缆的设计选择和敷设施工中，应注意采取一些抗干扰措施：1.模拟量信号属于小信号，极易受到外界干扰的影响，应选用双层屏蔽电缆；2 .高速脉冲信号(如脉冲传感器、计数码盘等)应选用屏蔽电缆，既防止外来的干扰，也防止高速脉冲信号对低电平信号的干扰；3 .P1.C之间的通信电缆频率较高，一般应选用厂家提供的电缆，在要求不高的情况下,可以选用带屏蔽的双绞线电缆；4 .模拟信号线、直流信号线不能与交流信号线在同一线槽内走线；5 .控制柜内引入引出的屏蔽电缆必须接地，应不经过接线端子直接与设备相连；6 .交流信号、直流信号和模拟信号不能共用一根电缆，动力电缆应与信号电缆分开敷设。在现场维护时，解决干扰的方法有：对受干扰的线路采用屏蔽线缆，重新敷设；在程序中加入抗干扰滤波代码。消除线间电容避免误动作电缆的各导线间都存在电容，合格的电缆能把此容值限制在一定范围之内。即使是合格的电缆，当电缆长度超过一定长度时，各线间的电容容值也会超过所要求的值，当把此电缆用于P1.C输入时，线间电容就有可能引起P1.C的误动作，会出现许多无法理解的现象。这些现象主要表现为：明接线正确，但P1.C却没有输入；P1.C应该有的输入没有，而不应该有的却有，即P1.C输入互相干扰。为解决这一问题，应当做到：1 .使用电缆芯绞合在一起的电缆；2 .尽量缩短使用电缆的长度；3 .把互相干扰的输入分开使用电缆；P1.C控制系统接地一般要求系统接地必须良好，对于P1.C控制系统，接地电阻应小于4Q。接地线必须有足够大的线径，独立安装的P1.C基本单元，应使用截面积在2.5nim2以上的黄/绿线与系统保护接地线(PE)连接。模块化结构的P1.C,各模块与机架间一般可以通过模块本身的接地连接端，使得各模块与叽架间保持良好的接地，但机架与系统保护地之间应保证接地良好，应使用截面积在2.5mm2以上的黄/绿线与系统保护接地线(PE)连接。系统中的其他控制装置(如驱动器、变频器等)的接地必须同样符合规范，并独立接地。系统中的各类屏蔽电缆的屏蔽层、金属软管、走线槽(管)、分线盒等均必须保证接地良好。不同接地的处理在P1.C系统中，主要有以下几种与接地有关的常用“地”，需要根据不同的情况进行分别处理。(1)数字信号地数字信号地是指系统中各种开关量(数字量)的OV端，如接近开关的OV线、P1.C输入的公共0V、晶体管输出的公共OV等。数字信号地在P1.C控制系统中，原则上只需要按照P1.C规定的输入/输出连接方式进行连接即可，无须另外考虑专门的地线，也不需要与PE线进行连接。(2)模拟信号地模拟信号地是指系统中各类模拟量的OV端，如用于驱动器(变频器)的速度给定电压输出、测速反馈输入、传感器输入等。模拟信号通常采用差动输出/输入，各信号间的OV各自独立，因此，模拟信号地一般不允许进行相互间的连接，也不允许与系统的PE线进行连接。用于模拟量输入/输出的连接线，原则上应使用带有屏蔽的“双绞”电缆，屏蔽电缆的屏蔽层必须根据不同的要求与系统的PE线连接。(3)保护地保护地是指系统中各控制装置、用电设备的外壳接地，如电动机、驱动器的保护接地等。这些保护地必须直接与电柜内的接地母线(PE母线)连接，不允许控制装置、用电设备的PE线进行“互连”。(4)直流电源地系统直流电源地是指除P1.C内部电源以外的外部直流电源的OV端(P1.C内部直流电源的OV端，一般与P1.C的数字信号地共用)。可以分以下几种情况进行处理：当P1.C输入/输出直流电源分离时，用于P1.C输入的直流电源的0V,必须按本章7.3节“I/O接口设计”部分的要求，与P1.C的OV公共线进行连接。用于P1.C输出的直流电源，根据需要，可以不与P1.C的OV公共端连接或与P1.C的OV公共端连接。当P1.C输入/输出直流电源共用时,直流电源的OV必须与P1.C的OV公共线连接。用于P1.C输入/输出的直流电源OV与系统接地(PE)线之间，根据系统的实际需要，可以连接也可以不连接。单独用于P1.C系统执行元件的直流电源0V,原则上不与P1.C的OV连接，但一般需要与系统的接地(PE)线进行连接。(5)交流电源地交流电源地是指系统中使用的交流电源的OV端(或N线)，如220V控制回路的OV端、交流照明电路、交流指示灯的OV端等。在交流控制回路使用隔离变压器时，出于“电击防护”等方面的考虑，为了让变压器起到“隔离”作用，原则上不应将交流电源的OV端与系统接地(PE)线相连。从抗干扰的角度考虑，控制系统的PE线原则上也不应与电网的N线相连。但在某些进口机床上，也有使用特殊的“短接端”，将交流电源的OV端、N线、接地(PE)线进行相互连接的情况。如何解决P1.C控制系统抗干扰问题1 .概述随着科学技术的发展，P1.C在工业控制中的应用越来越广泛。P1.C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P1.C,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P1.C控制系统可靠性，设计人员只有预先了解各种干扰才能有效保证系统可靠运行。2 .电磁干扰源及对系统的干扰是什么？影响P1.C控制系统的干扰源于一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按声音干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地面的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压送加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏(这就是一些系统I/O模件损坏率较高的原因)，这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指用于信号两极间得干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。3 .P1.C控制系统中电磁干扰的主要来源有哪些呢？(1)来自空间的辐射干扰空间的辐射电磁场(EMl)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P1.C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P1.C内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对P1.C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P1.C局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。(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)来自电源的干扰实践证明，因电源引入的干扰造成P1.C控制系统故障的情况很多，在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高的P1.C电源，问题才得到解决。P1.C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。P1.C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，隔离是不可能的。(4)来自信号线引入的干扰与P1.C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【/0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。P1.C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P1.C系统将无法正常工作。P1.C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P1.C系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，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。此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流可能在地线上产生不等电位分布，影响P1.C内逻辑电路和模拟电路的正常工作。P1.C工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响P1.C的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。(6)来自P1.C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。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P1.C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。4 .怎样才能更好、更简单解决P1.C系统干扰？(1)选用隔离性能较好的设备、选用优良的电源，动力线和信号线走线要更加合理等等，也能解决干扰，但是比较烦琐、不易操作而且成本较高。(2)利用信号隔离器这种产品解决干扰问题。只要在有干扰的地方，输入端和输出端中间加上这种产品，就可有效解决干扰问题。5 .为什么解决P1.C系统干扰都选信号隔离器呢？(1)使用简单方便、可靠，成本低廉。(2)可大量减轻设计人员、系统调试人员工作量，即使复杂的系统在普通的设计人员手里，也会变的非常可靠。6 .信号隔离器工作原理是什么？首先将P1.C接收的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号或不同信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间独立。7 .信号隔离器功能是什么？(1)保护下级的控制回路。(2)消弱环境噪声对测试电路的影响。(3)抑制公共接地、变频器、电磁阀及不明脉冲对设备的干扰；同时对下级设备具有限压、额流的功能是变送器、仪表、变频器、电磁阀P1.C/DCS输入输出及通讯接口的忠实防护。标准系列导轨结构，易于安装，可有效的隔离：输入、输出和电源及大地之间的电位。能够克服变频器噪声及各种高低频脉动干扰。8 .现在市场有那么多品牌的隔离器，价格参差不齐，该怎么选择呢？隔离器位于二个系统通道之间，所以选择隔离器首先要确定输入输出功能，同时要使隔离器输入输出模式(电压型、电流型、环路供电型等)适应前后端通道接口模式。此外尚有精度、功耗、噪音、绝缘强度、总线通讯功能等许多重要参数涉及产品性能，例如：噪音与精度有关、功耗热量与可靠性有关，这些需要使用者慎选。总之，适用、可靠、产品性价比是选择隔离器的主要原则。