應(yīng)對PLC工作環(huán)境中干擾措施
PLC 硬件系統(tǒng)設(shè)計
1 . PLC 型號的選擇
在作出系統(tǒng)控制方案的決策之前,要詳細(xì)了解被控對象的控制要求,,從而決定是否選用 PLC 進(jìn)行控制,。
在控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較復(fù)雜(需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等),、工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁,、需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信息管理(有數(shù)據(jù)運算、模擬量的控制,、 PID 調(diào)節(jié)等),、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準(zhǔn)備實現(xiàn)工廠自動化聯(lián)網(wǎng)等情況下,,使用 PLC 控制是很必要的,。
目前,國內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產(chǎn)品,,使用戶眼花繚亂,、無所適從。所以全面權(quán)衡利弊,、合理地選擇機型才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實用的目的,。一般選擇機型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨,不要盲目貪大求全,,以免造成投資和設(shè)備資源的浪費,。機型的選擇可從以下幾個方面來考慮。
( 1 )對輸入 / 輸出點的選擇
盲目選擇點數(shù)多的機型會造成一定浪費,。
要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點數(shù),,再按實際所需總點數(shù)的 15 ~ 20 %留出備用量(為系統(tǒng)的改造等留有余地)后確定所需 PLC 的點數(shù)。
另外要注意,,一些高密度輸入點的模塊對同時接通的輸入點數(shù)有限制,,一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點的 60 %; PLC 每個輸出點的驅(qū)動能力( A/ 點)也是有限的,,有的 PLC 其每點輸出電流的大小還隨所加負(fù)載電壓的不同而異,;一般 PLC 的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等。在選型時要考慮這些問題,。
PLC 的輸出點可分為共點式,、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級,,但這種 PLC 平均每點的價格較高,。如果輸出信號之間不需要隔離,則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的 PLC ,。
( 2 )對存儲容量的選擇
對用戶存儲容量只能作粗略的估算,。在僅對開關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)中,可以用輸入總點數(shù)乘 10 字 / 點+輸出總點數(shù)乘 5 字 / 點來估算,;計數(shù)器/ 定時器按( 3 ~ 5 )字 / 個估算,;有運算處理時按( 5 ~ 10 )字 / 量估算,;在有模擬量輸入 / 輸出的系統(tǒng)中,可以按每輸入 / (或輸出)一路模擬量約需( 80 ~ 100 )字左右的存儲容量來估算,;有通信處理時按每個接口 200 字以上的數(shù)量粗略估算,。后,一般按估算容量的50 ~ 100 %留有裕量,。對缺乏經(jīng)驗的設(shè)計者,,選擇容量時留有裕量要大些。
( 3 )對 I/O 響應(yīng)時間的選擇
PLC 的 I/O 響應(yīng)時間包括輸入電路延遲,、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲(一般在 2 ~ 3 個掃描周期)等,。對開關(guān)量控制的系統(tǒng),PLC 和 I/O 響應(yīng)時間一般都能滿足實際工程的要求,,可不必考慮 I/O 響應(yīng)問題,。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題,。
( 4 )根據(jù)輸出負(fù)載的特點選型
不同的負(fù)載對 PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如,,頻繁通斷的感性負(fù)載,,應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的,而不應(yīng)選用繼電器輸出型的,。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優(yōu)點,,如導(dǎo)通壓降小,有隔離作用,,價格相對較便宜,,承受瞬時過電壓和過電流的能力較強,其負(fù)載電壓靈活(可交流,、可直流)且電壓等級范圍大等,。所以動作不頻繁的交、直流負(fù)載可以選擇繼電器輸出型的 PLC ,。
( 5 )對在線和離線編程的選擇
離線編程示指主機和編程器共用一個 CPU ,,通過編程器的方式選擇開關(guān)來選擇 PLC 的編程、監(jiān)控和運行工作狀態(tài),。編程狀態(tài)時,, CPU 只為編程器服務(wù),而不對現(xiàn)場進(jìn)行控制,。編程器編程屬于這種情況,。在線編程是指主機和編程器各有一個 CPU ,主機的 CPU 完成對現(xiàn)場的控制,,在每一個掃描周期末尾與編程器通信,,編程器把修改的程序發(fā)給主機,,在下一個掃描周期主機將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場進(jìn)行控制。計算機輔助編程既能實現(xiàn)離線編程,,也能實現(xiàn)在線編程,。在線編程需購置計算機,并配置編程軟件,。采用哪種編程方法應(yīng)根據(jù)需要決定,。
( 6 )據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型
若 PLC 控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò),則 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能,,即要求 PLC 應(yīng)具有連接其他 PLC ,、上位計算機及 CRT 等的接口。大,、中型機都有通信功能,,目前大部分小型機也具有通信功能。
抑制接地系統(tǒng)引入的干擾
PLC系統(tǒng)分為邏輯電路接地和功率電路接地,,有共地,、浮地及機殼共地和電路浮地等三種方式。一般采用控制器與其它設(shè)備分別接地方式***好,,接地時注意:接地線盡量粗,,一般大于2mm2的線接地;接地點應(yīng)盡量靠近控制器,接地點與控制器之間的距離不大于50m;接地線應(yīng)盡量避開強電回路和主回路的電線,,不能避開時,,應(yīng)垂直相交,應(yīng)盡量縮短平行走線的長度,。
實踐證明,,接地往往是抑制噪聲和防止干擾的重要手段,良好的接地方式可在很大程度上抑制內(nèi)部噪聲的耦合,,防止外部干擾的侵入,,提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
2.3 抑制輸入輸出電路引入的干擾 
為了實現(xiàn)輸入輸出電路上的*隔離,,近年來在控制系統(tǒng)中光電耦合得到廣泛應(yīng)用,,已成為防止干擾的***有效措施之一。光電耦合器具有以下特點:首先,,由于是密封在一個管殼內(nèi),,不會受到外界光的干擾;其次,由于靠光傳送信號,,切斷了各部件電路之間地線的聯(lián)系;第三,,發(fā)光二極管動態(tài)電阻非常小,而干擾源的內(nèi)阻一般很大,,能夠傳送到光電耦合器輸入輸出的干擾信號就變得很小;第四,,光電耦合器的傳輸比和晶體管的放大倍數(shù)相比,,一般很小,遠(yuǎn)不如晶體管對干擾信號那么靈敏,,而光電耦合器的發(fā)光二極管只有在通過一定的電流時才能發(fā)光,。因此,即使是在干擾電壓幅值較高的情況下,,由于沒有足夠的能量,,仍不能使發(fā)光二極管發(fā)光,從而可以有效地抑制掉干擾信號,。由于光電耦合器的線性區(qū)一般只能在某一特定的范圍內(nèi),,因此,應(yīng)保證被傳信號的變化范圍始終在線性區(qū)內(nèi),。為了保證線性耦合,,既要嚴(yán)格挑選光電耦合器,又要采取相應(yīng)的非線性較正措施,,否則將產(chǎn)生較大的誤差,。
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(1) 光電耦合輸入電路如圖2所示。其中圖2(a),、圖2(b)用的較多,,高電平時接成形式,低電平輸入時接成形式,。圖2(c)為差動型接法,它具有兩個約束條件,,對于防止干擾有明顯的*性,,適用于外部干擾嚴(yán)重的環(huán)境,當(dāng)外部設(shè)備電流較大時,,其傳輸距離可達(dá)100~200m,,圖2(d)考慮到COMS電路的輸出驅(qū)動電流較小,不能直接帶動發(fā)光二極管,,所以加接一級晶體管作為功率放大,,需要注意的是圖中發(fā)光二極管和光敏三極管應(yīng)分別由兩個電源供電,電阻值視電壓高低選取,。