PLC的电磁干扰.pdf

第 3 2卷第 3期 2 0 1 2年 9月 黑 龙 江 冶 金 H e i l o n g j i a n g Me t a l l u r g y Vo l _ 3 2 No ． 3 S e p t e mb e r 2 0 1 2 P L C的 电磁 干扰 王殿坤 ， 董保 ，刘永佳 东北轻合金有限责任公司，哈尔滨1 5 0 0 6 0 摘要 通过对 P L C干扰源的分析探讨抗干扰的措施。 关键词 P L C； 可编程控制器 ； 抗干扰 PLC El e c t r o m a g n e t i c I nt e r f e r e n c e W a n g D i a n k u n ， D o n g B a o ， L i u Y o n g j i a N o r t h e a s t L i g h t A l l o y C o ． ， L t d ． H a e r b i n 1 5 0 0 6 0 C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o a n a l y z i n g t h e i n t e r f e r e n t i al s o u r c e o f P L C t h e wa y o f a n t i i n t e rfe r e n c e w a s di s c u s s e d ． Ke y W o r d s P L C；P r o g r a mma b l e c o n t r o l l e r ；An t i i n t e rf e r e n c e 随着工业设备 自动化控制技术 的发展 ， 可编 程控制器 P L C 在工业设备控制 中的应用越来越 广泛。 自动化 系统 所使用 的 P L 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 P L C控制 系统可靠 性 ， 一方面要求 P L C生产厂家提高设备 的抗干扰 能力 ， 另一方面要求应用部 门在工程设计 、 安装施 工和使用维护中引起高度重视多方 配合 ， 有效地 增强系统的抗干扰性能。 1 电磁 干扰 的主要来源 1 来 自空间的辐射干扰。其影 响主要 通过 两条路径 一是直接对 P L C内部的辐射 ， 由电路感 应产生干扰 ； 二是对 P L C通信 网络 的辐射 ， 由通信 线路感应引人干扰。 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 我国工业现场较为严重 ， 主要有下面三类 。 第一类是来 自电源 的干扰。实践 证明 ， 因电 源引入的干扰造成 P L C控制 系统故 障的情况很 多 ， 笔者在某工程调试 中遇到过 ， 后更换 隔离性能 更高的 P L C电源问题才得到解决。 第二类是来自 信号线引入的干扰。与 P L C控 制系统连接 的各类 信号传输 线 ， 除了传输有效 的 各类信息之外 ， 总会 有外部干扰信号侵人。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人的电网干扰； 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 。 第三类是来 自接地系统混乱 的干扰。P L 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 P L 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 。 3 来 自P L 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 辑电路相互辐射 、 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 P L C制造 厂家对系统内部进行 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。 2 抗干扰设计 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 收稿 日期 2 0 1 1 0 33 0 作者简介 王殿坤， 毕业于长春工程学院， 电气工程及其自动化专业， 助理工程师。 2 3 黑龙江冶金 第 3 2卷 其是抗外部干扰能力 ， 如采用浮地技术、 隔离性能 好的 P L C系统 ； 其次还应 了解生产厂家 给出的抗 干扰指标 ， 如耐压能力 、 允许在多大电场强度和多 高频率的磁场强度环境 中工作等 ， 另外是靠考查 其在类似工作中的应用实绩。 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 ， 内容包括 对 P L C系统及外 引 线进行屏蔽以防空 间辐射 电磁干扰 ； 对外引线进 行隔离、 滤波， 特别是动力 电缆应分层布置， 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。 3 主要抗干扰措施 3 ． 1 采用性能优 良的电源， 抑制电网引入的干扰 在 P L C控制系统 中， 电源占有极重要 的地位。 电网干扰 串入 P L C控制系统主要通过 P L C系统的 供电电源 如 C P U电源、 I ／ O电源等 、 变送器供电 电源和与 P L C系统具有直接电气连接 的仪表供电 电源等耦合进入 的。现在对于 P L C系统供电的电 源 ， 一般都采用隔离性能较好的电源 ， 而对于变送 器供电电源以及和 P L C系统有直接电气连接 的仪 表供电电源， 并没受到足够的重视 。虽然采取了 一 定的隔离措施 ， 但普遍还不够 。所以对 于变 送 器和共用信号仪表供 电应选择分 布电容小 、 抑制 带大 如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术 的配电 器， 以减少 P L C系统 的干扰。 此外 ， 为保证电网馈 电不中断 ， 可采用在线式 不间断供 电电源 U P S 供 电， 提高供 电的安全可 靠性。而且 U P S还具有较强的干扰 隔离性能 ， 是 一 种 P L C控制系统的理想电源。 3 ． 2 正确选择电缆的和实施敷设 为了减少动力电缆尤其是变频装置馈电电缆 的辐射 电磁干扰 ， 笔者在某工程 中采用 了铜带铠 装屏蔽 电力电缆 ， 降低 了动力线产生的电磁干扰 ， 该工程投产后取得了满意的效果。 不同类型的信号分别由不同电缆传输， 信号 电缆应按传输信号种类分层敷设 ， 严禁用 同一 电 缆的不同导线同时传送动力电源和信号， 避免信 号线与动力 电缆靠近平行敷设 ， 以减少电磁干扰。 3 ． 3 硬件滤波及软件抗干扰措施 信号在接人计算机前， 在信号线与地间并接 电容， 以减少共模干扰； 在信号两极间加装滤波器 可减少差模干扰 。 由于电磁干扰 的复杂性 ， 要根本 消除干扰影 2 4 响是不可能的， 因此在 P L C控制系统的软件设计 和组态时， 还应在软件方面进行抗干扰处 理， 进一 步提高系统的可靠性。常用的一些提高软件结构 可靠性的措施包括 数字滤波和工频整形采样 ， 可 有效消除周期性干扰 ； 定时校正参考点电位， 并采 用动态零点 ， 可 防止 电位漂 移； 采 用信 息冗余技 术 ， 设计相应 的软件标志位 ； 采用间接跳转 ， 设 置 软件保护等 。 3 ． 4 正确选择接地点 ， 完善接地系统 接地 的 目的通常有两个 ， 一为 了安全 ， 二是为 了抑制干扰。完善的接地系统是 P L C控制 系统抗 电磁干扰的重要措施之一。 系统接地 有浮地 、 直接接地和 电容接地三种 方式。对 P L C控制系统而言 ， 应采用直接接地方 式 。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的 影 响， 装 置 之 间 的 信 号 交 换 频 率 一 般 都 低 于 1 MH z ， 所以 P L C控制系统接地线采用一点接地和 串联一点接地方式 。集 中布置的 P L C系统适于并 联一点接地方式 ， 各装置 的柜体 中心接 地点以单 独的接地线引 向接地极。如果装置 间距较大 ， 应 采用串联一点接地方式 ， 用一根大截面铜母线 或 绝缘 电缆 连接各装置 的柜体 中心接地点 ， 然后将 接地母线直接连接接地极。接地线采用截面大于 2 2 m m 的铜导线 ， 总母线使用截面大于 6 0 m m 的铜 排。接地极 的接地电阻小于 2 Q， 接地极最好埋在 距建筑物 1 01 5 m远处 ， 而且 P L C系统接地点必 须与强电设备接地点相距 1 0 m 以上 。 信号源接地时 ， 屏蔽层应在信号侧接地 ； 不接 地时 ， 应在 P L C侧接地 ； 信号线 中间有接头时 ， 屏 蔽层应牢固连接并 进行绝 缘处理 ， 一定要避免 多 点接地。多个测点信号 的屏蔽双绞线与多芯对绞 总屏蔽电缆连接时， 各屏蔽层应相互连接好 ， 并经 绝缘处理 ， 选择适当的接地处单点接地。 4 结语 P L C控制 系统 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 ， 采取正确的方法 ， 才能够使 P L C控制系 统正常工作 ， 保证工业设备安全高效运行。 参考文献 [ 1 ] 张深基． 纺织厂电气控制技术[ M] ． 北京， 中国纺织出 版社 ， 1 9 9 7 [ 2 ] 朱善君， 翁梓， 邓丽曼， 等． 可编程序控制器系统原理， 应用， 维护[ M] ． 北京， 清华大学出版社， 1 9 9 2