PLC系统抗干扰的研究.pdf

第 5 期 总第 1 6 2 期 2 0 1 0年 1 O月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI C AL ENGI NE ERI NG ＆ AUTOMATI ON No． 5 0c t ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 0 0 5 0 1 7 0 0 2 P L C系统抗干扰 的研 究 张学一 山西省机 电设计研 究院 ，山西 太原0 3 0 0 0 9 摘要 着重介绍 了P L C系统的组成 、内部抗干扰措 施以及在应用 中的抗干扰方案。 关键词 P L C 系统 ；抗 干扰 ；措施 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 B 0 引言 在工 业生产过 程 中 ，大量 的开关 量按照逻 辑条件 进行顺序动作，并按照逻辑关系进行联锁保护动作的 控制，此外还有大量离散量的数据采集 ，传统上，这 些功能都是通过电气控制系统来实现的。直到上世纪 7 O年代末 ， 首次研制出基于集成电路和电子技术的控 制装 置 ，将 程序化 的手段 应用 于电气控 制 ，这 就是第 一 代 可 编 程 序 控 制 器 P r o g r a mma b l e L o g i c C o n t r o l l e r ， 简称 P I C 。 经过 几十年 的发展 ， P L C在处 理模拟量、数字运算 、人机接 口和网络方面的能力得 到了大幅度提高，其功能从单机逻辑控制、逻辑运算 拓展到远程多台实时控制等。目前，P L C已经成为一 种多功能智能化的综合控制设备，其应用范围也在不 断地 向高精度 、多功能 、超稳 定 方 向发展 。虽 然 P I C 在设计和制造过程中采取了多层次抗干扰措施，以确 保输入、输出信号的准确无误 ，使系统能在恶劣的工 业环境下与强电设备一起工作 ；但是 ，整机的可靠性 高只是保证 P I C可靠工作的前提， 在实际应用中还必 须采取相应 的措施 ，以确保信号的真实有效 ，才能保 证整 个系 统的可 靠工作 。 1 P L C的 组成 P I C 系统 由 P I C主机 、 功能 I ／ O 单 元 和外 部设 备组成 ， 如图 1 所示 。 其 中P L C主机由C P U、 存储器、 基本 I ／ 0模 块 、I ／ O 扩展接 口、外设 接 口和 电源等组 成 ，各部分 之间 由 内部 系统总线 连接 。 2 P L C的 内部 抗干扰 措施 2 ． 1 硬 件措 施 1 屏蔽 对 电源变 压器 、中央处理 器 、编程器 等主要部件采用导电、导磁性良好的材料进行屏蔽处 理 ，以防止外界 干扰 信号 的影响 。 2 滤波 对供电系统及输入线路采用多种形式 收稿 E l 期 2 0 1 0 0 2 2 1 ；修回 日期 2 0 1 0 0 4 2 2 作者简介张学一 1 9 6 5 一 ， 男， 山西大同人 ， 高工 ， 本科。 的滤波处 理 ，以消 除和抑制 高频干扰 信号 ，同时也 可 以削弱各 模块 问的相互 影响 。 C P U l I存储器l l 基本I ／ O 模块 电源 I l 外设接口 I I I ／ O 扩展接口 内部系 统总线 羹 备 I I 竺 兰 编 程 器 l I 计算机 l 打印机 I 现场工 业设备 图 I P LC的 组 成 3 电源调整 与保护 电源 波动造成 电压畸变 或 毛刺 ， 将对 P L C及 I ／ 0 模块产 生不 良的影 响 ， 对微处 理器核心部件所 需要的5 V电源采用多级滤波处 理 ，并 用集成 电压 调整器 进行调整 ，以适 应交 流电 网 的波 动和过 电压 、欠 电压 的影响 。 4 隔离 在微 处理 器与 I ／ O 电路之 间采用 光 电 隔离措 施 ，有 效地把 它们 隔离开来 ，以防外部 干扰信 号 及地 线 环 路 中产 生 的噪 声信 号 通 过 公 共地 线 进 入 P L C本机 ，从 而影响其 正常工作 。 5 采用模 块式 结构 这种结 构有助 于在故 障发 生时进行 短 时期 修复 ， 一旦 查出某 一模块 出现故 障 ， 可 迅速更换 ，使系统恢复正常工作，同时也有助于加速 查找系统故障的原因。 2 ． 2 软 件措施 P I C软 件 系统 由系 统 程序 和 用 户 程 序两 部 分 组 成 。 系 统程序 包括监 控程序 、编译 程序 、 诊 断程序 等 ， 主要 用于 管理全 机 。 系统程 序 由 P I C厂家 提供并 已 固 化在 E P R OM 中，不能直接存取和干预。用户程序是 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年 第 5期 张学一 P L C系统抗 干扰 的研 究 1 7 1 用户 根据 现场控 制 的要求 ， 用 P I C的程 序语 言编 制的 应用 程序 也就 是逻 辑控 制 ，由用 户程 序来 实现 各种 控 制 。 1 故障诊断 系统软件定期地检测外界环境 ， 如 掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等 ，以 便及时反应和处理。 2 信号保护和恢复 当偶尔发生故障时，不破 坏 P I C内部的信息 ， 一旦故障现象消失 ， 就可 以恢复 正 常 ，继 续原来 的工 作 。 3 设置 警戒 时钟 wD T 如果 程序循 环扫 描执行 时 间超过 了 WD T 规定 的 时 间 ，预 示 程序进 入 了死循 环 ，立 即报 警 。 4 加强对程序 的检查和校验 一旦程序有错 ， 立 即报警 ，并停止执行程序 。 5 对 程序及 动 态数 据进行 电池后 备 当停 电时 利用后备电池供电，从而保证有关信息和状态数据不 丢失 。 3 P L C在应 用 中的抗 干扰方 案 通 过上 述分析 可 以看 出 ， P I C在 设计 和制 造过程 中采用 了 多层次抗 干扰 措施 ，具 有较 强 的适 应 工业环 境的能力、较高的运行稳定性和可靠性 ，因此一般不 需要 采 取 什 么 特 殊措 施 就 可 以 直接 在 工 业 环 境 中使 用 。但是 由于 它直接 和现 场 的 I ／ O 设备 相连 ，外 来干 扰很容易通过 电源线或 Uo传输线侵人 ，从而引起控 制系统的误动作。因此 ， 要提高 P I c控制系统的可靠 性，就要在具体实际应用 中从多方面采取相应的抗干 扰措施 ，才能保证整个系统的可靠工作 。 3 ． 1正确安 装使 用 P L C各 部 分 的 组 成 和 系 统 连 接及 装 配 方 法 必 须 严格按照产品说明书要求进行 ，这是保证系统可靠运 行 的 前 提 条 件 。通 常 P I C 使 用 环 境 温 度 范 围 在 0℃ ～5 5 C， 应 避免 太 阳光 直 接照射 ， 安装 位置应 远 离发热量大的器件 ，同时应保证有足够大的散热空间 和通风条件；环境湿度一般应小于 8 5 ，以保证 P I C 有 良好的绝缘 ；在含有腐蚀性气体 、浓雾或粉尘的场 合 ， 需将 P L C封 闭安装 ； 如果 P L C安装 位置 有强烈 的 振 动源 ，应 采取 相应 的减 振措施 。 3 ． 2合 理 布 置 电 源 通常情况下 ， 要将 P I C的电源与系统的动力电源 分开配线 ；如果一个系统中含有扩展单元 ，则其电源 必须与基本单元共用一个开关控制。 另外 ，如 果 电源干 扰严 重 ，一般采 用 隔离变压 器 进 行隔 离 ，并 在 隔离变 压器 前加 入滤 波电路 ，同时隔 离 变压 器 的屏 蔽应 良好 接地 ，隔 离变压 器 的初 、次 级 均需用双绞线以减少电源线间的干扰 ，这样干扰信号 经滤波隔离后就能得到有效抑制 ； 同时要将交流地、 直 流地、模拟地和数字地等分开，数字地和模拟地的共 点地 最好 置悬 浮方 式 。 3 ． 3 确 保信 号真 实 输入 电路 是 P I C接 收开关 量 、 模拟 量等输 入信 号 的端 口，它能够接收 自动设备或手动设备输入来的信 号 ，也可 通过 按钮 开关 、键 盘或类 似器 件接 收用户 送 来的数据 ， 自动输入来 自各种各样的器件如微动开关 、 定时器、编码器、光传感器等发出的信号 ，其元器件 质量的优劣、接线方式及是否牢靠是影响输入信号真 实有 效 的直接原 因。输入 线 问的 串模干扰 和输人 线 与 大地间的共模干扰会问接地影响输入信号的准确性 ， 抑制串模干扰的主要措施有屏蔽、 滤波、 分开走线等 ； 消除共 模 干扰 的主要 措施 有采 用双层 屏 蔽浮地 、系统 一 点接地、隔离放大器、光电耦合等。 P I C系统采用开关量输出信号 ，有继电器输 出、 晶闸管输出、晶体管输出 3 种形式 ，具体选择哪种形 式 的输 出应 根据 负载要 求 来决定 。选 择不 当会使 系统 的可靠 性 降低 ，严重 时导 致系 统不 能正常 工作 。如 晶 闸管输出只能用于交流负载，晶体管输出只能用于直 流负载。 此外 ， P I c的输出端子带负载能力是有限的， 如果超 过 了规定 的最 大 限值 ，必须外 接继 电器或 接触 器才能正常工作 。 若 P L C输出端子接有感性元件， 则 应 采取相应 的保护措施 如熔 断器保护、 阻容吸收保 护 、 续流二极管保护等 ，以保护 P I c的输出触点 ，防 止 突变 ，使输 出信号 准确无 误地 指挥 执行设 备正 确可 靠 地工作 。 4结束 语 尽管 P L C本机的可靠度很高 ， 但在实际应用环境 中，干扰总是客观存在 的，有的在系统 内部 ，有的在 系统 外部 ，只有确 定干 扰 的性质 ，才 能采取 相应 的抗 干扰措施 ，以保证系统长期可靠的运行。内部干扰与 系统 结构 有关 ，可 以通 过精 心设 计 、改变结 构布 局和 生产 工艺 等措 施将 其抑 制在 系统 所允许 的 范 围；外部 干扰是随机的，它与系统结构无关 ，因而难以对其加 以 限制 ，只能 针对 不 同情况 采取 不 同的措施 。 De s i g n o f An t i i nt e r f e r e nc e f o r PLC ZHANG Xu e - y i Sh a n x i De s i g n a n d Re s e a r c h I n s t i t u t e o f M e c ha n i c a l a n d El e c t r i c a l En g i ne e r i n g， Ta i y u a n 0 3 0 0 0 9， Ch i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c e d t h e c o mp o s i t i o n o f p r o g r a mmi n g l o g i c c o n t r o l l e r PLC ，a n d a n a l y s e d t h e r e a s o n f o r i n t e r f e r e n c e ， a n d g a v e s o me a n t i j a mmi n g me a s u r e s ． Ke y wo r d s P I C；a n t i j a mmi n g；me a s u r e s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m