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PLC系統(tǒng)的抗干擾問題
PLC系統(tǒng)的抗干擾問題
1 概述
隨著科學技術(shù)的發(fā)展，PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛,。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵,。自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC,，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場和各電機設(shè)備上,，它們大多處在強電電路和強電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中,。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家用提高設(shè)備的抗干擾能力,；另一方面,，要求工程設(shè)計、安裝施工和使用維護中引起高度重視,，多方配合才能完善解決問題,，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能。
2 電磁干擾源及對系統(tǒng)的干擾
2.1 干擾源及干擾一般分類
影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源一樣,，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位,，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即干擾源,。
干擾類型通常按干擾產(chǎn)生的原因,、噪聲干擾模式和噪聲的波形性質(zhì)的不同劃分。其中：按噪聲產(chǎn)生的原因不同,，分為放電噪聲,、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等,；按噪聲的波形,、性質(zhì)不同,，分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等,；按噪聲干擾模式不同,，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法,。共模干擾是信號對地的電位差,，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應(yīng)的共態(tài)（同方向）電壓迭加所形成,。共模電壓有時較大,，特別是采用隔離性能差的配電器供電室，變送器輸出信號的共模電壓普遍較高,，有的可高達130V以上,。共模電壓通過不對稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測控信號,，造成元器件損壞（這就是一些系統(tǒng)I/O模件損壞率較高的主要原因）,，這種共模干擾可為直流、亦可為交流,。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓,，主要由空間電磁場在信號間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓，這種讓直接疊加在信號上,，直接影響測量與控制精度,。
2.2 PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源
2.2.1 來自空間的輻射干干擾
空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程,、雷電,、無線電廣播、電視,、雷達,、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾,，其分布極為復(fù)雜。若PLC系統(tǒng)置于所射頻場內(nèi),，就回收到輻射干擾,，其影響主要通過兩條路徑：一是直接對PLC內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾,；而是對PLC通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輻射,，由通信線路的感應(yīng)引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場大小,，特別是頻率有關(guān),，一般通過設(shè)置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護,。
2.2.2 來自系統(tǒng)外引線的干擾
主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導(dǎo)干擾,。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場較嚴重,。
（1）來自電源的干擾實踐證明，因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多,，筆者在某工程調(diào)試中遇到過,，后更換隔離性能更高的PLC電源，問題才得到解決,。 PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電,。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電路,。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化,，入開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停,、交直流傳動裝置引起的諧波,、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊,。PLC電源通常采用隔離電源,，但其機構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實際上,，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在,，絕對隔離是不可能的。
（2）來自信號線引入的干擾與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線,，除了傳輸有效的各類信息之外,，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾,，這往往被忽視,；二是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號線上的外部感應(yīng)干擾,，這是很嚴重的,。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷,。對于隔離性能差的系統(tǒng),，還將導(dǎo)致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流,，造成邏輯數(shù)據(jù)變化,、誤動和死機。PLC控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當嚴重,，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多,。
（3）來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一,。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響,，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾,；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號,，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作,。 PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地,、交流地和保護地等,。接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差,，引起地環(huán)路電流,，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地,，如果電纜屏蔽層兩端A,、B都接地，就存在地電位差,，有電流流過屏蔽層,，當發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時，地線電流將更大,。 此外,，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路,，在變化磁場的作用下,，屏蔽層內(nèi)有會出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合,，干擾信號回路,。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布,，影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作,。