PLC控制系统的干扰因素分析与抗干扰措施.pdf

2 0 1 1 年第 3期 工业仪表与自动化装置 9 7 P L C控制 系统 的干扰 因素分 析与抗 干扰 措施 鲁炳文 ， 赵亮 1 ．青海盐湖集团发展公 司； 2 ．青海盐湖集团化工公 司， 青海 格尔木 8 1 6 0 0 0 摘要 阐述影响 P L C控制 系统稳 定的干扰 因素 ， 从设备选型、 硬件 配置、 软件设计等方面提 出 一 些 系统抗 千扰 的措施 。 关键词 P L C； 控制系统； 干扰 ； 措施 中图分类号 T P 2 7 3 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 1 0 3 0 0 9 7 0 3 I nt e r f e r e nc e f a c t o r s a na l y s i s o f PLC c o n t r o l s y s t e m a nd i t ’ S a nt i - i n t e r f e r e n c e me a s u r e s LU Bi n g we n ，ZHAO Li a n g 1 ． Q i n g h a i S a l t L a k e G r o u p D e v e l o p m e r t t C o ． L t d； 2 ． Q i a g h a i S a l t Lak e G r o u p C h e mi c a l C o ． L t d ，Q i n g h a i G o l m u d 8 1 6 0 0 0 ， C h i n a Abs t r a c t De s c r i be a f f e c t P LC c o n t r o l s y s t e m s t a b l e i nt e r f e r e n c e f a c t o r s ．Fr o m e q ui p me n t s e l e c t i o n， h a r d wa r e c o n fi g u r a t i o n ，s o f t w a r e d e s i g n a s p e c t s p u t f o r wa r d c o n t r o l s y s t e m a n t i i n t e r f e r e n c e me a s u r e s ． Ke y wo r ds PLC； c o n t r o l s y s t e m ； i n t e rfe r e n c e； me a s u r e s 1 影响 P L C控制系统稳定的干扰因素 1 电源波形畸变干扰 。由于 P L C控制系统本 身或电网上其他设备采用 S C R， G T O， I G B T等 电力 半导体器件 ， 在工作时产生高次谐波 、 噪声 、 寄生震 荡等 ， 引起 电网电源波形畸变 ， 通过电源线路对 P L C 产生的干扰。 2 电路耦合干扰。由于 P L C接地点选择不 当 或接地不 良， 通过回路公共阻抗耦合而产生的 电流 干扰。 3 输入元 器件触电的抖动干扰 。由于现场 强 烈振动使 P L C输入元器件触电发生抖动 尤其是 常 闭触电 产生的误信号所形成的干扰。 4 电容性干扰。在干扰源与 P L C问存在分布 电容耦合所产生的干扰 。 5 电感性干扰。干扰源中的交变磁场通过 P L C 中的电感性元件耦合所产生 的干扰。 6 波干扰。由空间电磁波 主要是雷达、 电台、 移动 电话等 的 电磁场、 传 导波的传 导电流和传导 电压所产生的干扰。 2 提高 P L C控制系统抗干扰能力的措施 2 ． 1 从设计上采取措施 抑制电磁干扰的基本原则 ①抑制干扰源； ②切 收稿 日期 2 0 1 1一 o 4 2 0 作者简介 鲁炳 文 1 9 7 5 ， 助理 工程 师 ， 现为青海盐 湖集团发 展 公 司干包 车间 自控维护员 。 断或减少电磁干扰的传播途径 ； ③提高装置本身的 抗干扰能力 。 P L C控制系统 的抗干扰是一个 系统工程 ， 进行 具体抗干扰设计时， 应注意以下 2个方面 1 设备选型。在选择设备时 ， 要选择有 较高抗 干扰能力 的产 品， 包括 电磁兼容性 E MC ， 尤其是 抗外部干扰能力 。在选择 国外进 口产品时要注意 我国是采用 2 2 0 V高内阻 电网制式， 零点 电位漂移 大 ， 地电位变化大 ， 现场 的电磁干扰至少要 比欧美地 区高 4倍以上 ， 而欧美地区是 1 1 0 V低内阻电网， 因 此 ， 应按我国的标准合理选择。 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， 包括对外引线进行屏蔽， 以防空间辐 射电磁干扰； 对外引线进行隔离、 滤波。特别是远离 动力电缆 ， 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。 还必须由软件配合 ， 进一步提高系统的安全可靠性。 2 ． 2 从硬件配置方面提高系统的抗干扰能力 1 供 电电源。由于 P L C本身抗干扰的能力很 强 ， 通常只要 将 P L C电源与 系统动 力设备分 别配 线 ， 就对来 自电源 的干扰具有足够强 的抑制能力。 但如果电源干扰特别严重， 可采用带屏蔽层的隔离 变压器供电， 甚至加接线路滤波器， 以抑制从交直流 电源侵入的常模和共模瞬变干扰 ， 还可抑制 P L C内 部开关电源向外辐射噪声。在有较强干扰源的环境 中使用 P L C ， 或对 P L C可靠性要求特别高时， 应将 屏蔽层和 P L C浮动地端子接地。 9 8 工业仪表与自动化装置 2 0 1 1 年第 3期 2 接地 。 ①信号地 ， 即输入端信号传感器地 。 ②交流地 ， 交流供 电电源的 N线 ， 通常是 噪声 的主要来源 。 ③屏蔽地 ， 一般为防止静 电、 磁场感应而设置的 外壳或金属丝网 ， 通过专 门的铜导线将其接地。 护地 ， 一般将机械设备外壳或设备内独立器 件的外壳接地， 用以防止设备漏电， 保护人身安全。 为了抑制附加在 电源 、 输入 、 输 出端 的干扰 ， 应 对 P L C系统进行 良好的接地。一般情况下 ， 接地方 式与信号频 率有关 ， 当频率 小于 1 MH z时 ， 可用一 点接地 ； 当频率大于 1 0 MHz 时 ， 采用多点接地 ； 在 1～1 0 MHz 问采用 哪种接地 视实 际情况 而定。因 此 ， P L C组成的控制系统常用一点接地 ， 接地线截 面 积不能小于 2 mm ， 接地 电阻不能大于 1 0 0 Q， 接地 线最好是专用 。若达不到要求 ， 可采用公共接地 方 式 ， 禁止采用与其他设备 串联接地的方式 。交流电 源在传输时 ， 在相当一段间隔的电源导线上 ， 就会有 几 m V， 甚至几伏 的 电压。为 防止交流 电对低 电平 信号的干扰 ， 在直流信号的导线上要加隔离屏蔽 ， 不 允许信号地与交流地共用 1根地线 ， 各个接地点应 通过接地铜牌连接到一起。上述措施在硫化床锅炉 1 4个电动 阀门中得到应 用 ， 取得很 好效 果。屏 蔽 地 、 保护地不 能与 电源地 、 信号地 和其他地扭在 一 起 ， 只能各 自独立的接到接地铜牌上。为减少信号 之 间的电容耦合 ， 可采用多种屏蔽的措施 。对于电 场屏蔽的分布电容问题 ， 通过将屏蔽地接人大地来 解决 。对于纯 防磁 的部位 ， 例如强磁场 、 变压器 、 大 电机 的磁场耦合 ， 可采用高导磁材料作外罩 ， 将外罩 接人大地来屏蔽 ， 在化学 2套电除盐 中为防隔离变 对 P L C干扰 ， 采用 了此方法。 3 I ／ O配线 。 ①布线 ， P L C电源线 ， I ／ O电源线 ， 输入 、 输 出信 号线 ， 交直流线都应尽量分开布线。开关量 、 模拟量 信号线应分开布线 ， 模拟量信号线 、 数字传输线要用 屏蔽线 ， 并且要将屏蔽层接地 。由于双绞线 中电流 方向相反， 大小相等， 可将感应电流引起的噪声互相 抵消 ， 故信号线多采用双绞线或屏蔽线 。 t ／ o信号的防错 ， 当输入信号源为晶体管， 或 是光电开关输出类型时 ， 在关断时有较大的漏 电流 干扰。而 P L C的输入继电器灵敏度较高， 如漏电流 干扰超过一定值， 就形成了误信号。同样， 当输出元 件为 V T H 双向晶闸管 或是晶体管输出 ， 当外部负 载很小时， 会因为这类输出元件在关断 时有较大的 漏电流干扰 ， 引起微小 电流负载的误动 ， 导致输入与 输出信号的出错 ， 给设备和人身安全造成不 良后果 。 解决的办法是输入、 输 出端并联旁路 电阻 见 图 1 ， 以减小 P L C输 入 电流 和外 部 负 载上 的 电流。在 P L C输入端加 R C滤波环节， 利用 R C的延迟作用来 抑制窜入脉冲所引起的干扰 。在晶闸管输 出的负载 两端并联 R C浪涌 电流抑制器 ， 减少漏电流的干扰。 图 1 I ／ O端并 联旁路电阻 2 ． 3 从软件设计方面提高系统抗干扰能力 利用 P L C内部丰富的软件 ， 对定时器 、 计数器 、 辅助继电器等 ， 设计一些程序 ， 用以屏蔽输入的误信 号 ， 提高系统 的抗干扰能力 。 1 利用 P L C内部定 时器屏蔽输入端可能 出现 的误信号。在 P L C组成的 自动控制 系统 中， 每 1次 循环 ， 各工步的动作时间通常是 固定不变 的， 行程开 关 或其他敏感元件 ， 如光 电开关 总是在该工步的 同一时刻发出开关信号。根据这一特点， 用 2个 内 部定时器 ， 限定 P L C只在该开关正常发出信号的时 间内采样 ， 可屏蔽掉其他时间可能发出的干扰信号。 以 F X 2 N 2 4 8 MR型 P L C控制为例 ， 对输入 X 0 0 0采样 的梯形 图程序及时序图如图 2所示 。根据计算和实 测 ， 正常情况 下， 输入 X 0 0 0总是在输人 Y O 0 0启 动 后 0 ． 1 7 s 左右发 出信号。但在实际运行时 ， 由于现 场环境恶劣 ， 有可能使 X 0 0 0发出误信号 ， 引起控制 系统的错误动作。现将定时器 的延迟时间设 为 0 ． 1 5 S ， T 的延迟时间设 为 0 ． 1 9 S ， 从图 2可知 ， 只 有在 Y 0 0 01 后 0 ． 1 5～0 ． 1 9 s时间内采样的 X 0 0 0 信号 ， 才被认 为是有效信号 ， 其他 时间 内， 即使 X 0 0 0误发信号 ， 也会屏蔽掉。 Y0 x0 0 0 0 0 j 回 。 团 TO T1 MO o ． 5 S ． ’ { 0．9 S i 鱼 一 图 2 利用定时器屏蔽输入端的误信号 2 利用 P L C内部计数器消除输入元件触电“ 抖 动” 干扰。在 P L C控制中， 由Y I - 界的干扰 ， 有些输 入元件在接通时， 会发生触电时断时续的“ 抖动” 而 2 0 1 1年第 3期 工业仪表与自动化装置 9 9 产生错误信号。在 图 3 a中， 当输入 X 0 0 1发生抖动 时 ， 输入 Y O 0 1也会跟着抖动。消除这种干扰 的方 法是利用计数器编程来实现。图 3 b是用计数器组成 的消“ 抖动” 干扰使 X 0 0 1 断开的间隔 A t ≥ 0 ． 1 1 S 注 M8 0 1 2为特殊辅 助继 电器 ， 产生周期为 0 ． 1 S 的时钟 脉 冲 时 ， 计数 器输 出为 “ 0 ” ， 输 出继 电器 Y 0 0 1 保持接通 ， 干扰对 P L C正常工作不构成影 响； 当 X O 0 1断开时间 A t ≥ 0 ． 1 1 S 计数器 c 1计满 次时 ， c l为“ l ” ， 输 出继电器 Y O 0 1输 出为“ 0 ” 。计 数器的计数次数 可在调试时根据干扰情况修改。 I X0 01 YO 01 I XO 01 卜 _ _ 一 _ o b 口 匕 Y0 01 ▲ O 口 口一 ．[ 二二 ， a输入干扰 XO 0 1 0 YO O 1 O b消除输入干扰 图3 利用计数器消除“ 抖动” 干扰 2 ． 4 采用性能优良的电源 ， 抑制电网串入的干扰 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、 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。P L C 系统供电的电源 ， 一般都采用隔离性能较好的电源 ， 变送器和共用信号仪表供 电应选择分 布电容小 、 抑 制带大 的配 电器 ， 以减少对 P L C系统 的干扰 。此 外 ， 为保证供电不中断 ， 可采用在线式不间断供电电 源 U P S供 电， 并且 U P S还 具有较强 的干扰 隔离性 能 ， 是一种 P L C控制系统较理想的电源。 2 ． 5 电缆线路敷设 的抗干扰措施 不同类型的信号应分别 由不同的电缆传输 ， 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 同时作 为电源线和信号线 ， 避免对信 号线 的电磁干扰。 参考文献 『 1 ] 张林国． 可编程控制器技术 电气运行与控制专业 [ M] ． 北京 高等教育出版社， 2 0 0 2 ． f 2 ] 吴小洪． P L C软元件在电气系统可靠性设计中的应用 [ J ] ． 电工技术， 1 9 9 9 2 4 0 ． 『 3 ] 王鹏． 基于 s 7 2 0 0 P L C的位置控制器设计[ J ] ． 电子 设计工程 ， 2 0 1 0 0 6 1 7 41 7 6 ． 『 4 ] 国家职业 资格培训教材编审委员会 编． 维修 电工 [ M] ． 北京 机械工 、 l 出版社 ， 2 0 0 8 ． 上接第 9 6页 3 子 系统模块 中程序如下 ， 其 中 r e q u e s t ． f o r m ” f s n a me ” 中 的 f s n a m e和 r e q u e s t ． for m ” f s p a s s ” 中的f s p a s s 为 2 中 H T ML的隐藏控件名称 。 f s n a me r e q u e s t ． fo r m ” f s n a m e ” f s _p a s s r e q u e s t ． f o r m ” f s p a s s ” f s n a me ”f s _ n a me f s p a s s ”f s p a s s 3结论 综合信息系统集成平台开发是 目前企业或组织 信息建设的热点和难点 ， 从构建在 We b环境下 的某 校综合信息系统集成平 台的开发 实施情况来看 ， 该 文综合信息系统平台开发中使用的主要接 口技术是 切实可行的 ， 充分考虑了系统 的安全性、 稳定 性、 高 效性及 良好 的可扩展性 ， 能加快企业或组织信息化 建设水平， 对消除企业“ 信息孤岛” 状况也起到一定 的作用。 参考文献 [ 1 ] 刘卫东． 一种信息系统集成方法 [ J ] ． 计算机科学， 2 0 0 5 0 5 、 6 07 0 ． [ 2 ] 蔡红云． 校园网格环境下异构数据库的集成与分布式 查询[ J ] ． 广西师范大学学报 自然科学版， 2 0 0 7 1 2 2 9 83 01． [ 3 ] 丁晟春． ． N E T平台下信息系统 的集成设计与应用 [ J ] ． 计算机应用与软件 ， 2 0 0 6 1 2 6 4 6 9 ． [ 4 ] 严隽薇． 异构的系统应用集成平台研究[ J ] ． 制造业 自 动化 ， 2 0 0 7 1 1 9 2 9 5 ． [ 5 ] N a v e e n E r a s a l a ， D ￡ d C Y e n ， T M R a j k u m a r ． E n t e r p r i s e A p p l i c a t i o n I n t e g r a t i o n i n t h e e l e c t r o n i c c o m m e r c e w o r l d [ J ] ． C o m p u t e r S t a n d a r d s and I n t e r f a c e s ， 2 o 0 3 2 5 6 9 8 2 ． [ 6 ] R u s s B a s i a r a ， M i k e B a t o n g b a c a 1 ． A S P ． N E T We b 服务高 级编程[ M] ． 杨浩， 译． 北京 清华大学出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 7 ] 张领．A S P ． N E T项 目开发全程实录[ M] ． 北京 清华 大学出版社， 2 0 0 8 ．