特別環境PLC的抗干擾問題分析 - 加工中心
特別環境PLC的抗干擾問題分析 工控摘要：近年來，PLC控制技術在生產中得到了越來越廣泛地應用。但由于現場使用環境一般比較惡劣，如水泥廠中有許多大功率的交、直流電動機，在啟動和停止的過程中使電網電壓波動較大，同時在環境中產生大量的電磁干擾，PLC在這樣的供電網絡和使用環境中，其工作穩定性受到影響。因此，如何解決PLC在實際應用中的抗干擾問題，使其不受外界環境的干擾而穩定工作，從而保證生產線的正常運行，是一個至關重要的問題。 一般而言，在有用信號上疊加并產生的畸變信號即為干擾信號。干擾又有內部干擾和外部干擾之分。內部干擾即為柜內元器件在工作中產生的干擾，如PLC本身的抗干擾性能，斷路器及交流接觸器在通斷時產生的飛弧，小型繼電器頻繁的動作等都對系統運行有一定的影響。這屬于器件選型、PLC接口設計、柜內合理布線應考慮的問題。外部干擾是指在生產環境中通過空間輻射和感應，由電源線、控制線、信號線及地線導入的雜散信號對有用信號的干擾。如大的動力設備和起動裝置在工作過程中產生的尖峰電流對電網電壓的影響。同時電流改變產生磁場，對設備產生電磁輻射，磁場改變產生電流，電磁高速產生電磁波等都會影響系統可靠地運行。本文將對幾種主要的干擾問題及措施進行探討。 1、強電干擾 現場引起的干擾情況比較復雜，原因很多，要解決干擾問題，首先要找出引起干擾的原因，然后針對問題加以解決。有些干擾可以在事后想辦法解決，而有些干擾必須事前周密考慮加以實施，否則事后解決就會非常麻煩。如儀表信號、PLC控制信號都為弱電，易受強電干擾。所以在柜外布線時要嚴格按要求施工，在采用電纜溝、電纜橋架、穿管等敷設方式時，將通訊線、信號線、控制線等弱電信號遠離強電，其間距最好要大于20cm。電纜溝采用多層敷設時，要將弱電電纜敷設在強電電纜的下方。否則由于布線錯誤導致干擾，在現場重新布線會存在很大困難，有時侯條件根本就不允許。 2、柜內干擾 在設計與元器件選型時就要充分考慮可能存在的干擾問題。如采用對電網沖擊小的啟動方式，選用滅弧性能好的斷路器及接觸器，使起動裝置分斷能力強、滅弧快、飛弧距離小。 PLC不能和高壓電器安裝在同一個控制柜內。在低壓柜內PLC的安裝應遠離大功率器件，在柜內走線時，最好將PLC的I/O線、信號線與動力線分開走線。如必須在同一線槽內，應分開捆扎交流線、直流線。若走線混亂，會引起設備的誤動作，給檢查帶來相當大的麻煩。所以在控制柜設計時要充分考慮這種情況，只有器件擺放合理，走線清晰，才能最大限度的減少各種干擾。 PLC的輸出采用小型中間繼電器實現對外部開關量的隔離。如果受現場條件限制，輸入信號線不能與強電電纜有效隔離，可以用小型繼電器的觸點來隔離輸入端的開關量信號。控制柜內有很多信號線，不同的信號線最好不用同一個插接件轉接，以減少相互干擾。與PLC安裝在同一個柜子內的電感性負載，如交流接觸器、小型繼電器的線圈，應在其兩端并接阻容吸收器（RC）消弧電路。使柜內干擾減少到最低程度。 3、信號線的抗干擾 信號線承擔著PLC與上位機信息交換、數據采集的傳輸任務。因此，傳輸質量的好壞直接影響到整個系統控制的準確性、可靠性和穩定性。對信號線的干擾主要是來自空間的電磁輻射，有共模干擾和差模干擾兩種： 3.1共模干擾 共模干擾是指信號線上共有的干擾信號，一般是由控制系統的接地端與被測信號的接地端存在一定的電位差引起的。這種干擾在兩條信號線上的周期、頻率等基本相同，應采取如下措施來消除或抑制干擾： （1）采用雙差分輸入的差動放大器，這種放大器具有很高的共模抑制比; （2）輸入線采用絞合線，因絞合線能降低共模干擾，其感應互相抵消; （3）采用光電隔離的方法，可以消除共模干擾; （4）采用屏蔽線對信號隔離，并單邊接地; （5）對于距離較遠傳輸的信號，要注意阻抗匹配問題，以避免信號失真。 3.2差模干擾 差模干擾是指疊加在測量信號線上的干擾信號，其來源一般是耦合引起的干擾。這種干擾大多是頻率較高的交變信號，抑制干擾的方法有： （1）選用雙積分式A/D轉換器，因為這種積分器的工作特點具有一定的消除高頻干擾的作用; （2）在輸入回路加裝RC濾波器或雙T濾波器，以消除高次諧波; （3）盡量將電壓信號轉換成電流信號再傳輸。 另外，正確、良好的接地，可以將混入電源和I/O電路的干擾信號引入大地，消除或減少干擾對系統的影響，這是安全保護和抑制噪聲的重要手段，對提高系統的可靠性及穩定性尤為重要。為了盡量減少電磁噪聲產生的干擾，在電源回路和控制回路分別設置接地極。所有接地線不可形成接地回路，屏蔽層、數字信號地可以接于控制回路接地極，為防止形成回路，屏蔽層應單端接地。控制器的接地線與電源線、動力線要分開，嚴禁與其他設備串聯接地。 4、變頻器的干擾 變頻器在啟動和運行過程中產生的諧波對電網造成干擾，使電網電壓產生畸變，從而影響了電網的供電質量，同時變頻器的輸出會產生較強的電磁輻射干擾，影響周邊設備的正常運行，特別是對PLC控制系統影響較大。對于變頻器產生的干擾處理起來比較麻煩，一般有以下幾種： 4.1合理布線 安裝時要將變頻器散熱器、電源中性線、變頻器外殼和中性端、電機外殼和Y型接法中性端要可靠的接于電源回路接地極上，并避免形成“地環路”。變頻器的接地電阻越小越好，接地導線截面積應大于4mm2，長度最好控制在20m以內。并注意控制器的接地線與電源線、動力線分開，為防止對信號的干擾，通訊管路最好采用全程金屬管或金屬軟管。 4.2加隔離變壓器 主要是針對來自電源的傳導干擾，這樣做可以將大部分傳導干擾阻隔在隔離變壓器之前。同時對電源電壓還兼有變換的作用。 4.3凈化輸入電源 一般情況下，水泥廠的大型電機在啟動時會造成電網電壓的下降，而在停機時由于大電感的作用，又會使電網電壓突升，因而對PLC系統的正常運行產生不利影響。可通過加交流穩壓電源或采用獨立的電源（即從低壓配電室母線上直接取電源）來解決，以消除因電網電壓波動對系統造成的干擾。 4.4使用濾波器 濾波器分有源和無源兩種，一般采用無源濾波即會產生較好效果。這些濾波器有較強的抗干擾能力，其抑制了電壓的快速變化，而且還降低了漏電流和高頻輻射，同時還能防止將設備本身的干擾傳導給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。 4.5使用電抗器 在斷路器與變頻器之間增加交流電抗器，用于改善輸入功率因數，降低高次諧波及抑制電源浪涌;在變頻器上P1、P+端接直流電抗器，用于改善功率因數，抑制尖峰電流;在變頻器到電動機之間增加輸出交流電抗器，用于抑制變頻器的發射干擾和感應干擾，抑制電動機電壓的振動。 結束語 由于現場干擾情況錯綜復雜，干擾源五花八門。但只要我們在系統設計、元器件選型、現場施工、設備調試等工作中周密考慮、認真對待，并采取相應的抗干擾措施，就能夠將現場干擾降到最低限度，使PLC控制系統安全、可靠、穩定的運行。本信息由滕州海特機床提供，海特公司主要生產：加工中心,精工機床,立式加工中心,臥式加工中心,龍門加工中心,龍門洗床等精工機床設備。www.twjgzx.com