西门子PLC可编程序控制器干扰分析及措施 |
| 2012-07-14 16:44 作者：桑红生 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网7月14日消息 （原文载于《硅谷》杂志6月刊）分析了西门子PLC可编程控制器受干扰的机制，并结合实践提出应对各种干扰源采取的抗干扰措施，指出在工程应用中必须综合考虑控制系统的抗干扰性能。
PLC可编程控制系统采用现代大规模集成电路技术，综合了机技术、自动控制技术和通信技术，具有控制功能强，通用性好，应用灵活，易于扩展等优点，在工业控制系统中广泛应用。西门子S7系列可编程控制器是专门为冶金、电力等工业控制设计的。在设计制造时已采取了很多措施来适应复杂的现场环境，具有很高的可靠性和抗干扰能力。但是为了确保整个控制系统稳定可靠，我们还要从工程设计、安装施工和运行维护中充分考虑各种因素，除了尽量使PLC有良好的工作环境条件，还要切断或衰减电磁干扰的传播途径、抑制干扰源，提高系统的抗干扰能力。
1.1来自电源的干扰
PLC系统的正常供电电源均由电网供电。电网覆盖范围广，除了本身有波动外，还受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。此外开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等都通过输电线路传到电源原边。这些都形成电源干扰，一方面通过PLC系统的供电电源直接串入，如CPU电源、I/O模块电源等。另一方面是通过变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入，造成程序错误或运算错误，使PLC不能正常运行。
1.2信号线引入的干扰
仪表信号，PLC控制信号都为弱电。各类信号传输线传输有效的各类信号外，易受外部干扰信号侵入。信号线引入的干扰主要有两种途径：一是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，二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。
1.3变频器干扰
一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量；二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常工作。
1.4来自接地系统混乱的干扰
为了抑制电磁干扰的影响，提高设备电磁兼容性，PLC控制系统一般都进行接地。正确的接地能较好的抑制电磁干扰，同时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，影响PLC系统正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。这样会引起各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，可能构成闭合环路，引起地环路电流，影响系统正常工作。
2抗干扰的措施
2.1电源干扰的抑制。
PLC本身的抗干扰能力都很强。通常将PLC的电源与系统的动力设备电源分开配线，对于来自电源线干扰，一般都有足够强的抑制能力。抑制电源干扰一般可采取如下措施：
①将24vDC传感器电源的M端子接地。
②PLC电源采用隔离电源。但因其结构及制造工艺等因素使其隔离效果并不理想，故在PLC电源输入端使用隔离变压器，其初级绕组和次级绕组分别加屏蔽层，并将屏蔽层可靠接地，对抑制电网干扰信号有较好效果。同时，二次侧接线使用双绞线，能有效减少电源线带来干扰。
③使用滤波器。滤波器具有较强的抗干扰能力，同时可防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。在干扰严重场合，常常同时使用隔离变压器和滤波器。需要注意的是，应先把滤波器接入电源，然后再使用隔离变压器。
④采用分离供电方式。将PLC、I/O设备及其他装置分别由各自的具有隔离功能的变压器供电，并与主回路电源分开。需要注意的是，如果系统中含有扩展单元，则其通电与断电必须与基本单元同时进行；如做不到，应确保MOS电源先通电后断电。
⑤对于变送器和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电，应选择分布电容小、隔离效果好的配电器，以减小对PLC系统的干扰。
⑥条件允许的情况下或重要的PLC控制系统中，应配置UPS供电，UPS供电除了提高电源的供电可靠性，保证电网馈点不中断，还具有较强的隔离性能。
2.2信号线引入的防干扰措施。
①输入、输出线分开，不能使用同一根电缆。
②动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双绞线连接，在允许的条件下将导线的电流流向作反方向处理，以减弱相互产生的磁场的干扰。尽量使信号线与电源线分开敷设，如必须在同一线槽内，分开捆扎交流线、直流线，若条件允许，分槽走线最好，绝对禁止电源线、信号线用同一根电缆。
③信号在接入PLC前，在信号线与地间并接电容，在信号两极间加装滤波器，输入端和输出端中间加上信号隔离器，可有效解决干扰问题。
④使用屏蔽线，屏蔽层只一端接地，可防止干扰。
⑤在PLC控制系统的软件设计和组态时，在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的可靠性。
2.3变频器干扰的抑制。
对于变频器的干扰可采取如下措施：
①增加交流/直流电抗器。安装电抗器实际是从外部增加变频器供电电源的内阻抗。在变频器的交流侧或变频器的直流侧安装电抗器或同时安装，可抑制谐波电流。
②使用隔离变压器，主要是针对来自电源的传导干扰，除了电源电压变换的作用，还可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。
③使用滤波器模块或组件，滤波器具有较强的抗干扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。
④使用输出电抗器，在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，影响其它设备正常。该电抗器必须安装在距离变频器最近的地方，尽量缩短与变频器的引线距离。
⑤尽量减少变频器与控制系统不必要的连线，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布置，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，同时避免信号线与动力电缆靠近平行布置，以减少电磁干扰。
2.4完善接地系统
PLC控制系统属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。为防止不同类型地线之间的干扰，应将系统中的数字地、模拟地、屏蔽地分别相连，然后汇集到总接地点。接入DCS接地网，电阻一般不大于0.5Q。接地极最好埋在距建筑物10～15m远处，而且PLC系统接地点必须与强电设备接地点相距10m以上。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，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。一定要避免多点接地。
连接接地线时，应注意以下几点：
①PLC控制系统单独接地，与其它设备分别使用各自的接地装置。
②PLC的接地要尽量短，使接地点尽量靠近PLC。同时，接地电阻要小于100Ω，接地线的截面积大于2mm²。
③PLC系统接地端子是抗干扰的中性端子，应与接地端子连接，其正确接地可以有效消除电源系统的共模干扰。
④输入输出信号电缆的屏蔽线应与接地端子端连接，且接地良好。
2.5设备安装中的一些抗千扰措施
①PLC控制柜应尽可能远离高压柜、大动力及高频设备。
②PLC控制柜要远离继电器，接触器之类的电磁线圈和容易产生电弧的触点的地方。
③PLC控制柜远离强烈的振动源，防止10-55Hz的频繁或连续振动，采取减震措施。
④整台PLC机要远离发热的电气设备或其它热源，并具有良好通风及相应的散热装置。
⑤PLC程控器的外部要有可靠的防水系统，同时避免有腐蚀和易燃的气体
3结论
PLC控制系统中的干扰是一个复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，采取合理有效地措施来抑制干扰，才能够使PLC控制系统正常工作。
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