PLC控制系统常见干扰及应对措施与PLC控制系统及变频器应用的抗干扰问题.docx

PLC控制系统常见干扰及应对措施图1长线传输的光耦浮置处理摘要:PLC抗干扰能力强有利于整个系统稳定的运行,文章从探究干扰PLC的影响因素上分析，研究了从硬件和软件上如何进行抗干扰，提出了相应的抗干扰措施，硬件能够抑制干扰源，软件对抗干扰具有辅助作用，在这两方面进行抗干扰的优化，能够提升PLC系统运行的可靠性和稳定性。关键词：PLC控制系统；抗干扰；硬件；软件弓I言PLC控制系统的抗干扰能力与系统运行的稳定性有很大关系,本文首先对干扰因素进行分析，确定了干扰因素主要有空间辐射，系统本身的干扰和系统外部的干扰，并且根据这些干扰因素，提出了具有针对性的建议，从硬件和软件两部分内容上进行抗干扰，硬件抗干扰主要是阻断干扰源，对干扰源进行控制，但是硬件抗干扰并不能完全阻断干扰，因此又研究了软件抗干扰，将硬件抗干扰与软件抗干扰进行结合，就可以有效的应对干扰，实现PLC的稳定运行。1干扰PLC控制系统的因素分析1.1 辐射干扰通过空间以电磁波形式传播的电磁干扰称为辐射干扰，是由高频感应设备、电力网络、大型整流变压变频设备、无线电广播、雷达、雷电、电视等运行产生的。如果PLC控制系统处在辐射中，则它的数据线、电源线和信号线都会转变为天线，因此受到辐射的干扰1。这其中，主要是两个路径，一是对PLC内部电路感应的辐射干扰，二是对PLC网络通讯线路的辐射干扰2。1.2 系统本身的干扰PLC系统本身也会产生干扰,这主要是由于系统中各电路和元器件的辐射所产生的，如元器件之间不匹配、信号之间相互影响、逻辑电路之间有辐射等，在使用过程中系统本身的干扰不能消除，但是在系统选择上要尽量选择经过多重实验检验的PLC控制系统。1.3 外部干扰首先是电源干扰，这又分为三个层面：一是PLC控制系统中大型设备的启用和关停造成的欠电压和过电压等；二是电网短路造成的冲击、工业电网大型设备启动或者停止、交直流传动装置所引起的谐波等；三是SCR、IGBT、GTO等运行期间产生的高次谐波、寄生振荡、噪声等，这些都会对PLC造成干扰，产生很大的危害3。其次是信号传输干扰，PLC各类信号输出线，在信息传输过程中，受空间辐射干扰，或者通过公用信号或者变送器进行干扰，这些被称作是容性耦合干扰和感性耦合干扰。最后是接地系统的干扰。PLC系统的地线包括模拟地、数字地、直流地、保护地、屏蔽地、信号地等，接地良好可以保证PLC的可靠运行，接地的混乱可能造成电位分布不均匀和电位差的存在而引起干扰，这会影响PLC的正常稳定运行。2硬件抗干扰的措施2.1 空间电磁辐射抗干扰PLC的电磁辐射干扰分为差模干扰和共模干扰,滤波元件是差模干扰的主要抑制器，让一只滤波电容接在两根电源线上，可以形成简单的滤波电路，这能够有效的起到抗干扰的作用，此外，采用屏蔽和隔离的方式也能够很好地抗击干扰;对于抑制共模干扰，最简单的办法就是在信号线上加装一个共模扼流圈，就能起到很好的抑制效果。2.2 高性能的电源PLC干扰中有70%的干扰是从电源耦合中进入系统的，因此选择高性能的电源可以有效地进行抗干扰。首先，可以将直流传感器电源接地，然后选用隔离性质的电源，在一次侧和二次侧分别加装屏蔽层，注意要将屏蔽层接地，并且，为了防止再次出现共模干扰，可以将输入线和输出线都采用双绞线。实践中运用此方法进行多层抗干扰，则效果非常好。其次，要选用具有较强抗干扰能力的滤波器，可以防止系统本身存在较大的辐射干扰，若存在严重干扰的时候，可以将滤波器接入电源之后，通过隔离变压器来抗干扰。再次，可以运用隔离供电的方式，将PLC设备、I/O设备等分别由自己的供电设备供电，与g电路分开。也可以选择不同的配电器与变送器分别与控制系统相连，进行多次隔离，加强抗干扰效果，最后，为了供电的可靠，可以选用在线式不间断供电来阻断干扰，实现电源方面干扰的隔离和减弱。2.3 I/O信号抗干扰这分为四个方面的内容：其一，当输入为感性元件时，闭合触点会有电弧产生，断开触点则会出现反电势，直流电路可以通过并联二极管解决问题，交流电路可以通过并联RC解决问题；其二，输出为感性负载时，交流负载中，可以通过在负载两侧并联RC浪涌吸收装置或者是压敏电阻来抗干扰，压敏电阻的额定电压值应该在电源电压最大值的L3倍以上，在进行RC串联后，RC应该靠近负载，直流负载中，可以让继电器线圈触头与联续流二极管并联解决问题；其三,长线传输中的光耦浮置的处理，在较长的线路中，运用两极光电耦合，将线路浮置，切断环路，可以解决阻抗匹配问题，并且还可以消除噪声电压和保护系统，如图1所示；其四，I/O信号漏电处理，当信号源时，为了降低外部负载电流和输入电流，减少阻抗，可以通过在输入输出端口处并联旁路电阻。2.4 外部配线PLC的稳定可靠运行与外部配线如何设计也有很大的关系,尤其是距离较远间的传送，运用屏蔽线和双绞线是有效的抗干扰方法。屏蔽线对磁场干扰的屏蔽和电场干扰的屏蔽都有很明显的效果。双绞线两个相邻的节点在同一个导体上会产生相反的电动势，可以很好地抗干扰。2.5 完善接地系统一个好的接地系统可以保证PLC的安全高效运行，还可以抑制外来干扰，并且还能够减少PLC对外界释放二次污染。系统接地方式可以分为浮地式接地、电容式接地和直接接地，PLC控制系统中选择直接接地。2.6 抗干扰措施硬件抗干扰措施在很大程度上抑制了干扰，但是很少有消除的时候，因此还需要在软件上去努力，消除干扰。3.1 消除“抖动”干扰元件在接通时，有时会因为接触的时断时续而产生错误的信号，通常来讲，在用普通的输出法时，如果输入的数据发生抖动时，输出的数据同样会发生抖动，这时，在算法中加入一个定时器，将输出延时，让输入的触点接通时长大于延时的时间，则干扰会被过滤掉，不会对输出有影响。3.2 互锁程序保护为了进一步提升PLC控制系统的稳定性与安全性，只有软件互锁是不够的，应该在硬件与软件中加入互锁功能，当触点烧死，接触器线圈失电，辅助触点在物理上并没有断开，就会造成三线电源短路。但是在PLC接线过程中，在硬件和软件中同时加入互锁功能，能够保证正反接触器不会在同一时间接通，即不会同时存在电压，避免发生三相短路事故。3.3 数字滤波数字滤波的运用能够有效的降低信号的信噪比，模拟信号经过转换后，可以存在不同的数据寄存器当中，利用数字滤波将干扰信号过滤掉，留下有效的信号。常用的数字滤波方式有滑动平均值滤波(递推平均滤波法)、防脉冲干扰均值滤波(中位值平均滤波法)、程序判断滤波(限幅滤波法)、算数平均值滤波和中值滤波等。3.4 软件容错干扰信号较多，I/O长距离传输信号、现场辐射较强等多种原因都会引起I/O信号输出产生错误，运用容错技术能够在信号出现错误时，及时进行改正补救，保证PLC控制系统正常可靠运行。软件容错主要包括三个方面的内容：一是软件延时，对于控制、开关量、检测信号这类易抖动的应该加装延时器，对同一信号进行多次读取，可以有效消除干扰；二是对死循环处理，在程序死循环时，要分清是主故障还是次故障，再对其进行处理；三是程序修复技术，在程序运行过程中，若出现故障，可以重复行使指令，若执行多次之后成功，这说明之前存在干扰，现已被消除，若依然没成功，则可能程序本身存在错误。4结束语随着PLC控制系统的广泛使用和相应技术的不断提升，PLC控制系统的技术越来越复t,受到的干扰越来越多，需要防控的干扰也越来越多，PLC控制系统的抗干扰能力对整个系统的安全稳定运行起着非常重要的作用。本文作者通过实践中的研究，找出了PLC运行过程中的干扰因素，并且从全方面考虑，运用硬件和软件并行的措施来加强PLC控制系统抗干扰的能力，有效降低了PLC控制系统出故障的几率，增强了PLC控制系统的抗干扰能力，有利于PLC控制系统安全稳定的运行，在广泛的应用中，取得了良好的经济效益。参考文献：川朱丹.PLC控制系统干扰原因及其解决措施J.世界有色金属，2017,05(10)：168-169.2黄海龙.PLC控制系统的干扰源分析与抗干扰措施J.科技展望，2016,08(01)：149+151.3牛霞，孙宪伟.PLC控制系统的干扰源及防范措施的探讨J.中国仪器仪表，2016,05(05)：58-61.PLC控制系统及变频器应用的抗干扰问题IAbstractAfterthecontinuousdevelopmentofscienceandteclmology,PLC.technologyiswidelyusedinindustrialcontrol.ReliablePLCcontrolsystemcanmaketheproductionandoperationofenterprisessafeandeconomical,andthesystemwithanti-interferenceabilitycanmaketheoveralloperationofthesystemreliable.WhenapplyingvariousPLCtechnologiesintheautomationsystem,theyareinstalledinthecontrolroom,productionsiteanddifferentelectromechanicalequipment.Becausethecircuitandequipmentusedhavestrongvoltage,mostoftheirenvironmentsarerelativelybad.InordertomakethePLCcontrolsystemmorereliable,thispaperdiscussesthePLCcontrolsystemandfrequencyconverterfromtheaspectofanti-interferenceabilityforreferenceIKeywordsPLCcontrolsystem;inverterapplication;anti-interferenceability由于工业生产领域不断地对PLC控制系统以及变频器等设备进行了广泛地应用，因此，人们从安全性、可靠性方而，对控制系统和相关设备提出了更高的要求，使其能够保持稳定运行的控制系统，能够为安全生产提供保证。PLC控制器以及变频器是最为关键的自动控制设备，其在生产现场较为常见，电器设备和相关线路在生产现场所形成的电磁干扰信号，具有一定的复杂性。要想使自动控制系统的运行能够更加稳定，就必须对所有电磁干扰问题加以解决，以此来使系统的运行能够更加可靠。1电磁干扰信号空间辐射分析1.1 共模和差模干扰信号共模干扰指的就是在所有接口端加载输入信号时，所形成的所有信号干扰（图1）。共模干扰的传输是在信号线与地之间，此类干扰属于非对称型，在信号线同一方向上的地电位差以及电磁辐射有时会产生较人的感应共模电压，尤其是如果配电器处于隔离性能并不好的供电室中，那么变送器就会输送人量值较高的共模电压，偶尔还会达到上百幅，直接对测控信号造成影响，并损坏元器件。差模干扰主要出现部位在各相线以及相线与中线间。两路会输入人小不等，方向不同的干扰信号。偶尔通过对隔离变压器的安装，能够实现对该问题的解决。1.2 现场实践证明导致PLC控制系统无法正常运行的干扰信号主要来自于电源干扰，例如煤矿领域在为绞车安装信号设备的过程中，绞车信号出现打点时，皮带信号也会发出响声，皮带信号在出现打点时，绞车信号也会发出响声;两种信号在打点时会产生相互影响，直接影响现场安全生产，经过现场的分析实验得知，由于绞车和皮带这两种信号所接的综保开关属于同一台，而使用的电源如果来自同一路，那么就会路线相互影响，进而导致干扰的形成。1.3 信号传输回路为了避免安扰，信号及其接收设备共同所接的线都需要与地相接，需要尽可能地通过使用隔离器隔离这两个接地。例如，部分用于测量调节温度流量的系统,现场和控制室的设备都需要与地相接，由于各接地之间存在着电位差，如果接地点在一个以上，就会导致回路的形成，进而干扰仪表设备，因此，在信号回路屏蔽层以及排扰线相同的情况下，最好都设置一个相应的接地点，以此来避免接地点过多，除了目前已有的接地之外，其他部位需要隔离所有金属部分。在决定信号回路在哪一位置接地时，需要结合所使用的仪器类型。用于测量温度流量等的传感器，需要在现场进行接地。以此来保证信号的精确性，以及输入设备和输出设备的良好传输效果，进而实现对感应信号及外部输入信号带来的干扰的消除。2自动控制系统干扰源的消除措施PLC抗干扰措施示意图如图2所示。2.1 对可靠接地措施的完善其中电源电缆与地相接的部位为两端，在连接电机与电源段的接地端和接地排后，最终的汇流排会汇入动力柜中。信号线缆中的人部分模拟信号都采用了单端接地的方式，以此来避免双端接地时，由于不同电势的存在而导致接地中出现电流干扰信号。而针对数字信号来说，双端接地是最常采用的方式。在屏蔽单端接地指的就是金属屏蔽层在电缆一端的接地，而另一端不与地直接相连。由于采用单端接地方式，屏蔽层在不与地相接的一端，会与地之间产生感应电流，其电压越人，所需的电缆越长，但是并不会导致电流环流的形成，在其中一端连接屏蔽层与地时，通过对电势电位差的压制，能够实现对电磁干接的消除。如果电缆长度在特定距离范围内，就能够形成良好的效果。在对用于屏蔽信号的电缆层两端进行接地的过程中，由于连接金属的屏蔽层一端不存在感应电压，但是经过感应后有概率出现电流环流，因此需要消除周围存在的干扰信号。如果接地线在系统内采用了单独发计的方式，那么就必须采用符合标准的接地线，应选用接地电阻在4Q以内的微机系统。并且在周围柜体和设备外壳中，需要采用一致的连接方式,接地体在增人物理面积后，就能够使控制系统的电位,与周围电器以及设备等物体的电位保持一致，进而实现对干扰信号的避免。2.2 对信号隔离器的利用采用导体器件调制变换变送器信号或仪表信号后，通过光感器件或磁感器件对其的隔离转换，在经过解调变换后，能够使信号恢复到隔离前，同时采用隔离的方式来处理供电电源，能够使信号在经过变换后，与电源和地之间保持独立。在控制系统中将隔离器安装到输入端和输出端之间后，能够对干扰信号进行有效地预防。23对电磁辐射干扰的避免在控制系统中所采用的电源，需要具有良好的隔离性能。在条件允许的情况下，可以对电抗器进行接入。接地线需要与变频器尽可能的接近，距离电源线尽可能的远，变频器与其他设备需要采用单独的接地线进行接地，切勿在连接各发备接地线后再进行接地，同时，切勿将零线连接于用于连接变频器与地的一端。2.4对系统电缆线路的正确敷设和选用想要做到对感应耦合干扰的避免。就需要将屏蔽线应用于控制电路中，在连接控制线和变频器的过程中，可以不用连接屏蔽层与地层，只需要将其与变频器的某一端与公共信号端进行连接即可，要注意的是，屏蔽层在与公共端或地层进行连接的过程中，只能连接一端，切勿连接两端。并且，控制需要尽可能地做到远离输入线和输出线。针对空间位置来说，控制线与输入线和输出线需要尽可能交叉，最好在垂直方向交叉，切勿平行。可以对相邻的两根控制线进行相绞。以此来做到对电磁干扰的减少。3变频器使用问题处理3.1 散热问题变频器发生故障的概率与温度成正比关系，温度越高使用寿命越低，对环境温度进行10摄氏度的提升后，就会减少变频器一半的使用寿命。因此想要做到对变频器的正确使用，就必须对散热问题进行认真的考虑。3.2 变频器干扰及危害由于变频器中使用的整流器件人多数都属于非线性，例如晶闸管或二极管等，因此，电网会受到其所形成的谐波带来的干扰，进而导致电压畸变的出现，对电网供电质量造成影响，高次谐波还会增加电动机定子对铜和铁材料的消耗。变频器通常会采用开关器件来作为输出部分，例如IGBT等，在对能量进行输出的同时，都会给输出线带来极人的辐射干扰，进而导致周边的电器无法正常工作。根据国外谐波标准得知，单次电压和总电压能够接受的畸变范围分别为3%-6%,5%-8%o3.3 有效的解决措施(1)周围环境温度的降低法。由于变频器的安装位置人多在控制柜中，如果需要用到电抗器或制动电阻，那么就需要尽可能地与变频器保持隔离，例如，最好在变频器上方或变频器侧上方进行安装。(2)在控制柜中将冷却风扇安装于出风口。3.4 对变频器谐波及电磁辐射干扰的减少或削弱法(1)为了使变频器谐波能够减少给其他设备带来的影响，可以在变频器中通过对交流电抗器以及直流电抗器等的采用，来进行输入或输出，以此来降低进线中的THDV。同时，用电设备系统中人多会用到以下方法。(2)对隔离变压器的使用。所使用的隔离变压器如果具有隔离层，那么就可以在隔离器受到传导干扰前,做到阻隔大部分干扰，同时还能够变换电源电压,控制系统中的隔离变压器主要能够抵抗仪表,PLC以及其他低功率用电设备所受到的干扰。(3)滤波模块或相关组件的使用。目前，市场上具有抗干扰性能的滤波模块或相关组件有很多，此类滤波器的抗干扰性能较强，同时，还能够保护电源免于受到用电器带来的影响。部分还能够吸收尖峰电压，对所有用电设备有着大量的益处。4结束语由于干扰有着较为复杂的分布参数，因此在抵抗干扰的过程中，所采用的措施需要具有合理性，不仅需要对其效果加以考虑，还需要考虑价格，并根据现场实际情况来进行决定。对能够解决问题的措施加以采用即可，多采用的抗干扰措施过多的话，反而会导致额外干扰的产生，因此，需要根据实际情况来进行针对性解决。参考文献川陈超苏.PLC控制系统及变频器应用的抗干扰问题J世界仪表与自动化，2010,9(12)：60-61赵剑，孙晓琳.PLC控制系统的电磁干扰来源和抗干扰设计J科技创新与应用，2015(13)：128引李纪魁浅析PLC控制系统及变频器应用中的电磁干扰现象J