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可編程控制器是一種新型的通用自動(dòng)化控制裝置，作為工業(yè)控制領(lǐng)域的核心控制器，隨著工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)設(shè)備控制中的應(yīng)用越來越廣泛。本文綜合分析了PLC控制器和HMI人機(jī)界面現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)的干擾來源和干擾的途徑，提出消除或減少干擾源、合理接地、消除空間輻射干擾等抑制干擾、利用軟件保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的對(duì)策。采取必要的抗干擾措施，保證可編程控制器、HMI人機(jī)界面的可靠性。114【中國自動(dòng)化網(wǎng)社區(qū)】a7c2d1【http://sns.ca800.com】7e14

一.可編程控制器、HMI人機(jī)界面的電磁干擾的類型
　　影響可編程控制器、人機(jī)界面HMI的干擾源大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動(dòng)的部位就是干擾源。干擾類型通常按干擾產(chǎn)生的原因、噪聲干擾模式和噪聲波形性質(zhì)來劃分。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，可分為持續(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。
　　共模干擾是信號(hào)對(duì)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(hào)線上感應(yīng)的共態(tài)電壓迭加所形成。共模電壓通過不對(duì)稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，影響測控信號(hào)，造成元器件損壞。差模干擾是指作用于信號(hào)兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號(hào)間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的，這種干擾疊加在信號(hào)上，直接影響控制精度。071c【中國自動(dòng)化網(wǎng)社區(qū)】77976c【http://sns.ca800.com】012

二、可編程控制器、HMI人機(jī)界面的電磁干擾的主要來源和途徑
1、來自空間的輻射對(duì)可編程控制器、HMI人機(jī)界面的干擾。
　　空間輻射電磁場主要來自現(xiàn)場動(dòng)力線路、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線信號(hào)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等，與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場有關(guān)?？删幊炭刂破?、HMI受到的輻射干擾，主要通過兩條路徑：一是對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路感應(yīng)引入干擾；二是直接對(duì)可編程控制器、HMI內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾。071c【中國自動(dòng)化網(wǎng)社區(qū)】77976c【http://sns.ca800.com】012

2、來自電源的傳導(dǎo)對(duì)PLC控制器的干擾
PLC控制器電源通常采用隔離電源，但因其機(jī)構(gòu)及制造工藝等因素使其隔離性并不理想。實(shí)踐中，因電源引入的干擾造成PLC控制器故障的情況很多。
PLC控制器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)電壓和電流，尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化、大型設(shè)備起停、開關(guān)操作浪涌、短路電流沖擊、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波等，都通過輸電線路傳到電源原邊，產(chǎn)生干擾。主要通過兩條路徑：一是通過PLC控制器供電電源引入的干擾；二是通過變送器電源或共用信號(hào)儀表的供電電源引入的干擾。75【中國自動(dòng)化網(wǎng)社區(qū)】3517ae【http://sns.ca800.com】8dc09

3、來自信號(hào)線引入的傳導(dǎo)對(duì)可編程控制器的干擾
　??與可編程控制器連接的各類信號(hào)傳輸線，除了傳輸有效的各類信號(hào)之外，還會(huì)受到外部干擾信號(hào)侵入。由信號(hào)引入的干擾會(huì)引起I/O信號(hào)工作異常和測量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。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(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾；二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾。對(duì)于隔離、屏蔽性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，嚴(yán)重時(shí)造成系統(tǒng)誤動(dòng)和死機(jī)。75【中國自動(dòng)化網(wǎng)社區(qū)】3517ae【http://sns.ca800.com】8dc09

4、來自接地系統(tǒng)傳導(dǎo)對(duì)PLC控制器的干擾。
　　接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性的有效手段之一，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(cuò)誤的接地反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使PLC控制器無法正常工作。?PLC控制器的接地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等，接地系統(tǒng)混亂對(duì)PLC控制器的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，地環(huán)電流作用于PLC控制器，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層。
此外，屏蔽層、接地線和大地可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)會(huì)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(hào)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控制器內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC控制器工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC控制器的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、死機(jī)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測量精度下降，引起對(duì)信號(hào)測控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作。75【中國自動(dòng)化網(wǎng)社區(qū)】3517ae【http://sns.ca800.com】8dc09

5、來自可編程控制器、人機(jī)界面內(nèi)部的干擾。
主要由可編程控制器、人機(jī)界面內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如元器件間的相互不匹配使用、邏輯電路相互輻射、模擬地與邏輯地的相互影響等。這都屬于國產(chǎn)PLC、人機(jī)界面制造廠家的設(shè)計(jì)問題，應(yīng)用部門雖然無法改變，但選擇時(shí)要多加考證、比較。3617afb【中國自動(dòng)化網(wǎng)社區(qū)】ae22bc【http://sns.ca800.com】6f5ed

三、可編程控制器、人機(jī)界面抗干擾對(duì)策?
進(jìn)行具體工程的抗干擾設(shè)計(jì)時(shí)，要選擇有較高抗干擾能力的產(chǎn)品，采取抑制干擾源、切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑和利用軟件手段等措施，提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力。3617afb【中國自動(dòng)化網(wǎng)社區(qū)】ae22bc【http://sns.ca800.com】6f5ed

1、采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾。?
對(duì)于PLC控制器供電的電源，應(yīng)采用非動(dòng)力線路供電，直接從低壓配電室的主母線上采用專用線供電。選用隔離變壓器，且變壓器容量應(yīng)比實(shí)際需要大1.2～1.5倍左右，還可在隔離變壓器前加入濾波器。對(duì)于變送器和共用信號(hào)儀表供電應(yīng)選擇分布電容小、采用多次隔離和屏蔽及漏感技術(shù)的配電器?？刂破骱虸/O系統(tǒng)分別由各自的隔離變壓器供電，并與主電路電源分開。PLC控制器的24V直流電源盡量不要給外圍的各類傳感器供電,以減少外圍傳感器內(nèi)部或供電線路短路故障對(duì)PLC控制器的干擾。此外，為保證電網(wǎng)饋電不中斷，可采用在線式不間斷供電電源(UPS)供電，UPS具備過壓、欠壓保護(hù)功能、軟件監(jiān)控、與電網(wǎng)隔離等功能，可提高供電的安全可靠性。對(duì)于一些重要的設(shè)備，交流供電電路可采用雙路供電系統(tǒng)。3617afb【中國自動(dòng)化網(wǎng)社區(qū)】ae22bc【http://sns.ca800.com】6f5ed

2、正確選擇電纜的和實(shí)施敷設(shè)，消除可編程控制器、人機(jī)界面的空間輻射干擾。
不同類型的信號(hào)分別由不同電纜傳輸，采用遠(yuǎn)離技術(shù)，信號(hào)電纜按傳輸信號(hào)種類分層敷設(shè)，相同類型的信號(hào)線采用雙絞方式。嚴(yán)禁用同一電纜的不同導(dǎo)線同時(shí)傳送動(dòng)力電源和信號(hào)，避免信號(hào)線與動(dòng)力電纜靠近平行敷設(shè)，增大電纜之間的夾角，以減少電磁干擾。為了減少動(dòng)力電纜尤其是變頻裝置饋電電纜的輻射電磁干擾，從干擾途徑上阻隔干擾的侵入，要采用屏蔽電力電纜。3617afb【中國自動(dòng)化網(wǎng)社區(qū)】ae22bc【http://sns.ca800.com】6f5ed

3、PLC控制器輸入輸出通道的抗干擾措施
輸入模塊的濾波可以降低輸入信號(hào)的線間的差模干擾。為了降低輸入信號(hào)與大地間的共模干擾，PLC控制器要良好接地。輸入端有感性負(fù)載時(shí)，對(duì)于交流輸入信號(hào)，可在負(fù)載兩端并接電容和電阻，對(duì)于直流輸入信號(hào)可并接續(xù)流二極管。為了抑制輸入信號(hào)線間的寄生電容、與其他線間的寄生電容或耦合所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，可采用RC浪涌吸收器。
輸出為交流感性負(fù)載，可在負(fù)載兩端并聯(lián)RC浪涌吸收器；若為直流負(fù)載，可并聯(lián)續(xù)流二極管，也要盡可能靠近負(fù)載。對(duì)于開關(guān)量輸出的場合，可以采用浪涌吸收器或晶閘管輸出模塊。另外，采用輸出點(diǎn)串接中間繼電器或光電耦合措施，可防止PLC控制器輸出點(diǎn)直接接入電氣控制回路，在電氣上完全隔離。81cfc【中國自動(dòng)化網(wǎng)社區(qū)】60bbcf【http://sns.ca800.com】f7a

4、PLC控制器抗干擾的軟件措施
由于電磁干擾的復(fù)雜性，僅采取硬件抗干擾措施是不夠的，要用PLC控制器的軟件抗干擾技術(shù)來加以配合,進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。采用數(shù)字濾波和工頻整形采樣、定時(shí)校正參考點(diǎn)電位等措施，有效消除周期性干擾、防止電位漂移。采用信息冗余技術(shù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件標(biāo)志位；采用間接跳轉(zhuǎn)，設(shè)置軟件保護(hù)等。例如對(duì)開關(guān)量輸入信號(hào)，采用定時(shí)器延時(shí)的方式多次讀入，結(jié)果一致再確認(rèn)有效，?提高了軟件的可靠性。81cfc【中國自動(dòng)化網(wǎng)社區(qū)】60bbcf【http://sns.ca800.com】f7a

5、正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)。?
良好的接地是保證PLC控制器可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害，還可以抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制器抗電磁干擾的重要措施之一。
　　PLC控制器屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。為了抑制加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC控制器接上專用地線，接地點(diǎn)應(yīng)與動(dòng)力設(shè)備的接地點(diǎn)分開。若達(dá)不到這種要求，也必須做到與其他設(shè)備公共接地，禁止與其他設(shè)備串聯(lián)接地。接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近PLC控制器。集中布置的PLC控制器適于并聯(lián)一點(diǎn)接地方式，各裝置的柜體中心接地點(diǎn)以單獨(dú)的接地線引向接地極。分散布置的PLC控制器，應(yīng)采用串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。接地極的接地電阻小于2Ω，接地極最好埋在距建筑物10～15m遠(yuǎn)處，而且PLC控制器接地點(diǎn)必須與強(qiáng)電設(shè)備接地點(diǎn)相距10m以上。如果要用擴(kuò)展單元，其接地點(diǎn)應(yīng)與基本單元的接地點(diǎn)接在一起。
信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號(hào)側(cè)接地；信號(hào)源不接地時(shí)，應(yīng)在PLC控制器側(cè)接地。信號(hào)線中間有接頭時(shí)，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，各屏蔽層應(yīng)相互連接好。選擇適當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c(diǎn)接地，要避免多點(diǎn)接地。81cfc【中國自動(dòng)化網(wǎng)社區(qū)】60bbcf【http://sns.ca800.com】f7a

6、設(shè)備選型。
????在選擇設(shè)備時(shí)，首先要了解國產(chǎn)PLC生產(chǎn)廠家給出的抗干擾指標(biāo)，如共模抑制比、差模抑制比、耐壓能力、允許在多大電場強(qiáng)度和多高頻率的磁場強(qiáng)度環(huán)境中工作等，要選擇有較高抗干擾能力的產(chǎn)品，如采用浮地技術(shù)、隔離性能好的可編程控制器、人機(jī)界面HMI。
??可編程控制器、人機(jī)界面現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)的抗干擾問題，是復(fù)雜而細(xì)致的?？垢蓴_性設(shè)計(jì)是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，涉及到具體的輸入輸出設(shè)備和工業(yè)現(xiàn)場的具體環(huán)境，要求我們要綜合考慮各方面的因素，必須根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，從減少干擾源、切斷干擾途徑等方面進(jìn)行全面的考慮，充分利用各種抗干擾措施來進(jìn)行可編程控制器、人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。才能真正提高可編程控制器、人機(jī)界面HMI現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)的抗干擾能力，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。