淺談PLC抗幹擾的措施

摘要：通過對PLC幹擾源的（de）分析探討抗幹擾的措施。
引言：
        PLC可編程序（xù）控製器是以微處理（lǐ）器為核心，綜合了計算機技（jì）術、自動（dòng）控製技術和通信技術而發展起來的一種通用工業自動控製裝置。具有控製功能強，可（kě）靠性高，使用靈活方（fāng）便，易於擴（kuò）展等優點（diǎn）而（ér）應（yīng）用越來越廣泛。在冶金、交通、化工、電力等領域獲（huò）得了廣泛的應用，被成為現代工業技術的三大支柱之一（yī）。
        高（gāo）可靠性是電（diàn）氣（qì）控製設備（bèi）的關鍵性能。PLC由於采用（yòng）現代大規模集成電路技術，采用嚴（yán）格的生產工藝製造，內部電路采取了先進的抗幹擾技術（shù），具有很高（gāo）的可靠性。故障（zhàng）也就大大降（jiàng）低。盡管PLC在設計製（zhì）造（zào）時已采取了很多措施，使它對工業環境（jìng）比較適（shì）應，但是為了確保整個係統穩定可靠，還是應當盡量使PLC有良好的工作環（huán）境條件（jiàn），並采取必要的抗幹擾措施。
        1、PLC控製係統幹擾的（de）主要（yào）來源及途徑：
        1.1電（diàn）源的幹擾。PLC係（xì）統控製的正常供電電源均由電網供（gòng）電（diàn）。由於電（diàn）網覆蓋範圍廣，它將受（shòu）到所有空間電磁幹擾，空間的輻射電磁場（EMI）主（zhǔ）要是由電力網絡、電氣設備的暫態過程、雷（léi）電、無線電廣播、電視（shì）、雷達等產生的，通常稱（chēng）為輻射幹擾，若PLC係統置於（yú）所射（shè）頻場內，就會收到輻射幹擾，而在線路上感應電壓。尤其是電網內部的變化，刀開關操作（zuò）浪湧、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起（qǐ）的（de）諧波、電網短路暫態（tài）衝擊等，都通過輸電線（xiàn）路傳到電源原邊。可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產生誤輸（shū）入並引起誤輸出，這將會造（zào）成設備的失控和誤動作，從而不能保證PLC的正（zhèng）常運（yùn）行。
        1.2信號線引入（rù）的幹擾。與PLC可編程控製係（xì）統連接的各（gè）類（lèi）信號傳輸線，除了傳輸有效的（de）各類信號之外，總會有外部幹擾（rǎo）信號侵入（rù）。此幹擾主要有兩種途徑：一（yī）是通過變送器或共用信號（hào）儀表的供電電源串入的電網幹擾（rǎo）；二（èr）是信號線受空間電磁輻射感應的幹擾，由（yóu）此引（yǐn）起係統故障的（de）情況也很多。
        1.3接地係統的幹擾。接地是（shì）提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效（xiào）手段之（zhī）一。正確的接地，既能抑製（zhì）電磁幹擾（rǎo）的影響，又能抑製設備向外發出幹擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的（de）幹擾（rǎo）信號，使PLC係統將無法正常工（gōng）作。
        1.4變頻器幹擾。一（yī）是變頻（pín）器（qì）啟動及運行過程中產生諧波對（duì）電網產生傳導（dǎo）幹擾，引起電網電壓畸變，影響電網的供電質量；二是變頻器的輸出會產生較強的電磁輻射幹擾，影響周邊設備的正常工作。
        2、抗幹擾的措施：
        2.1 電源幹擾的抑製。一（yī）般通過設置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。選用隔離性能較好的（de）設備（bèi）、選用優良的電源、動力線（xiàn）和信（xìn）號（hào）線走線要更加合（hé）理等等，對電源變壓器、中央處理器、編程器等主要部件，采用（yòng）導電、導磁性良好的材料進行屏（píng）蔽處理，以（yǐ）防止外界幹擾信號的影響。電（diàn）源調整與保護:電源波動造成電（diàn）壓畸變或毛刺，將（jiāng）對PLC可編程及I/O模塊產生不良（liáng）影響。對（duì）微處理器核心（xīn）部件所需要的＋5V電源采（cǎi）用多級濾波處理，並用集成電壓調整器進行（háng）調整，以適應交（jiāo）流電網的波動和過電（diàn）壓、欠電壓（yā）的影響。盡量（liàng）時電源線平行走線，時電源線對地呈（chéng）低阻抗，以減少電源噪聲幹擾。其屏蔽層接地方式不同，對幹擾抑製效果不一樣，一般（bān）次級線（xiàn）圈不能接地。輸入、輸出線應用（yòng）雙絞線且屏蔽層應可靠接地，以（yǐ）抑製（zhì）共摸幹擾。
此外可以安裝一台帶屏蔽（bì）層的變比為1：1的隔離變壓器，以減少設備與地之間的幹擾，還可以在電源輸入端串接LC濾波電路等。
2.2 信號線引入的防幹擾措施。動力（lì）線、控製線以及PLC的電源線和I/O線應分別配線（xiàn），隔離變壓器與PLC和I/O之間應采用雙絞線連接。將PLC的（de）I/O線和大功率線分開走線，如必（bì）須在同一線槽內，分開捆紮交流（liú）線、直流線，若（ruò）條件（jiàn）允許，分（fèn）槽走（zǒu）線最好，這（zhè）不僅（jǐn）能使其有（yǒu）盡可（kě）能大的空間距離，並能將幹擾降到最低限度。此外利用信號隔離器解決幹擾問題也是很理想的辦法，其原理是首（shǒu）先將PLC接收的信號，通（tōng）過半導體器件調製變換（huàn），然後通過光感或磁感器件進行隔離轉換，然後再進行解調變換回隔離前原（yuán）信號或不同信號，同時對隔離後信號的供電電源（yuán）進行隔離處理。保證變換後的信號、電源、地之間絕（jué）對獨立。隻（zhī）要在有幹擾的地方，輸入端和輸出端中間加上這種隔離器，就可有效解決幹擾問題。
        2.3 正確選擇（zé）接地點，完（wán）善接地係統。良好（hǎo）的接地是（shì）保證PLC可靠工作（zuò）的重要（yào）條件，可以避（bì）免偶然發生的電壓衝擊（jī）危害（hài）。接地（dì）的目的通常有兩（liǎng）個，其一（yī）為了安全，其二是為了抑製幹擾。完善的接地係統是PLC控製（zhì）係（xì）統抗電磁幹擾的重要措施之一。在PLC可編程（chéng）控製係統中，具有多種形式的“接地”，主要有：（1）信號地。輸入端信號元件的地；（2）交流地。交流（liú）供電（diàn）電源的N線；（3）屏蔽地。為防止靜電和磁場感應而設置的外殼或金屬絲網，通過（guò）專門（mén）的銅導線將其接（jiē）入地下；（4）保護地。將機器設備的外（wài）殼或設備內獨立器件的外殼接地，用於保護人身（shēn）安全和（hé）防止設備漏電。為（wéi）了抑製附加在電源及輸入、輸出端的幹擾，應對PLC係統進行良好的接地。一般情況下，接地方式與信號頻（pín）率有關，當頻率低於（yú）1MHz時，可用一點接地；高（gāo）於10MHz時，采用多點接地；在1～10MH之間時，通常情況下，PLC控製（zhì）係統（tǒng）采用一（yī）點（diǎn）接地，將所有地線端子和最近接地（dì）點相連接，以獲得最好的抗幹（gàn）擾能力。接地線截麵積不能小於2mm2，接地電阻不能大於100Ω，接地線（xiàn）使用專用地線。
        2.4變頻器幹擾的抑製。（1）加隔離變壓（yā）器，主要是針對來自電源的傳（chuán）導幹擾，可以將絕（jué）大部分的（de）傳導幹擾阻隔在隔離（lí）變壓器之前。（2）使用濾（lǜ）波器，濾波器具有較強的（de）抗幹擾能力，還（hái）具有防止將設備本身（shēn）的（de）幹擾傳導給電源，有些（xiē）還兼有尖峰電壓吸收功（gōng）能。（3）使用輸出電抗器，在變（biàn）頻器（qì）到（dào）電動機之間增加交流（liú）電抗器（qì）主要是減少變頻器輸出在能量傳輸過程中線路（lù）產（chǎn）生電磁輻射，影響其它設備正常。
3、結論：
        PLC可編程控製（zhì）係統中的幹擾是一個十分複雜的問題，因（yīn）此在抗幹擾設計中應（yīng）綜合考慮各方麵的因素，合理有效地（dì）抑製抗幹擾，才能夠使（shǐ）PLC控製係統（tǒng）正常工作。隨著PLC應用領域（yù）的不斷拓寬，如何高效可靠的使用PLC也成為（wéi）其發展的重要因素。在不久的將（jiāng）來，PLC會有更大的發展，產（chǎn）品的品種會更豐富、規格更齊全，通過完美（měi）的人機界麵、完備的通信設備會更好地適應各種工業控製場合的需求，PLC作為自（zì）動化控製網絡和國際通用網絡的重要組成部分（fèn），將在（zài）工業控製領（lǐng）域（yù）發揮（huī）越來越大的作用。

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