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一招解决PLC的防干扰问题
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汽车玩家 发表于
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一招解决PLC的防干扰问题
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　　PLC作为工业生产的控制装置已经很普遍了，因为它具有很多优点，比如维护方便、编程简单、体积小、可靠性高于继电器系统、通用性强等等。就是因为有这些优点，他才能广泛应用在工业中。PLC控制系统的抗干扰性设计是一个复杂的系统工程，涉及到具体的输入输出设备和工业现场的环境，在设计抗干扰系统时要求要综合考虑各方面的因素。
　　PLC由于具有功能强、程序设计简介，维护方便等优点，特别是高可靠性、较强的适应恶劣工业环境的能力，已被广泛应用于自来水行业。但由于现场环境条件恶劣、湿度高、以及各种工业电磁、辐射干扰等，会影响系统的正常工作，因此必须重视工程的抗干扰设计。
　　水厂应用中的PLC所受的干扰源主要有电源系统引入的干扰、接地系统引入的干扰和输入输出电路引入的干扰三类。如果PLC的干扰问题解决得不好，系统将无法可靠运行，将会影响到正常供水。因此，有必要对PLC应用系统中的干扰问题进行探讨。主要本文分别讨论PLC的三种抗干扰技术。
　　抗干扰的技术对策分析
　　为防止干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施，其中，硬件抗干扰是最基本和最重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制和消除干扰源，切断干扰对系统的耦合通道，降低系统对干扰信号的敏感性。
　　电源系统引入的干扰
　　电网的干扰，频率的波动，将直接影响到PLC系统的可靠性与稳定性。如何抑制电源系统的干扰是提高PLC的抗干扰性能的主要环节。
　　（1） 加装滤波、隔离、屏蔽、开关稳压电源系统。
　　设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从电源线传导到系统中，使用隔离变压器，必须注意：屏蔽层要良好接地;次级连接线要使用双绕线（减少电线间的干扰），隔离变压器的初级绕组和次级绕组应分别加屏蔽层，初级的屏蔽层接交流电网的零线;次级的屏蔽层和初级间屏蔽层接直流端。
　　为了抑制电网大容量设备起停（如送水泵等）引起电网电压的波动，保持供电电压的稳压，可采用开头稳压电源。
　　（2） 分离供电系统
　　PLC的控制器与I/O系统分别由各自的隔离变压器供电，并与主电源分开，这样当输入输出供电断电时，不会影响到控制器的供电。如图1所示。
　　图1 分离供电系统图
　　抑制接地系统引入的干扰
　　PLC系统分为逻辑电路接地和功率电路接地，有共地、浮地及机壳共地和电路浮地等三种方式。一般采用控制器与其它设备分别接地方式最好，接地时注意：接地线尽量粗，一般大于2mm2的线接地;接地点应尽量靠近控制器，接地点与控制器之间的距离不大于50m;接地线应尽量避开强电回路和主回路的电线，不能避开时，应垂直相交，应尽量缩短平行走线的长度。
　　实践证明，接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段，良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。
　　抑制输入输出电路引入的干扰
　　为了实现输入输出电路上的完全隔离，近年来在控制系统中光电耦合得到广泛应用，已成为防止干扰的最有效措施之一。光电耦合器具有以下特点：首先，由于是密封在一个管壳内，不会受到外界光的干扰;其次，由于靠光传送信号，切断了各部件电路之间地线的联系;第三，发光二极管动态电阻非常小，而干扰源的内阻一般很大，能够传送到光电耦合器输入输出的干扰信号就变得很小;第四，光电耦合器的传输比和晶体管的放大倍数相比，一般很小，远不如晶体管对干扰信号那么灵敏，而光电耦合器的发光二极管只有在通过一定的电流时才能发光。因此，即使是在干扰电压幅值较高的情况下，由于没有足够的能量，仍不能使发光二极管发光，从而可以有效地抑制掉干扰信号。由于光电耦合器的线性区一般只能在某一特定的范围内，因此，应保证被传信号的变化范围始终在线性区内。为了保证线性耦合，既要严格挑选光电耦合器，又要采取相应的非线性较正措施，否则将产生较大的误差。
　　（1） 光电耦合输入电路如图2所示。其中图2（a）、图2（b）用的较多，高电平时接成形式，低电平输入时接成形式。图2（c）为差动型接法，它具有两个约束条件，对于防止干扰有明显的优越性，适用于外部干扰严重的环境，当外部设备电流较大时，其传输距离可达100~200m，图2（d）考虑到COMS电路的输出驱动电流较小，不能直接带动发光二极管，所以加接一级晶体管作为功率放大，需要注意的是图中发光二极管和光敏三极管应分别由两个电源供电，电阻值视电压高低选取。
　　图2 光电耦合输入电路
　　（2） 光电耦合输出电路如图3所示。为了得到和输入同相的信号，可以采用图3（a）形式。若要求输出和输入反相，可以接成图3（b）形式。当输出电路所驱动的元件较多时，可以加接一级晶体管作为驱动功率放大，其接法如图3（c）所示。有时为了获得更好的输出波形，输出信号可经施密特电路整形。
　　图3 光电耦合输出电路
　　以上两点是对开关量输入输出信号的处理方法，而对模拟输入输出信号，为了消除工业现场瞬时干扰对它的影响，除加A/D、D/A转换电路和光电耦合外，可根据需要采取软件的数字滤波技术如中值法、一阶递推数字滤波法等算法。 上传我的文档
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① 信号隔离器使用简单方便，可靠，成本低廉，维护方便;② 使用信号隔离器可大量减轻设计人员、系统调试人员工作量;③ 保护各级控制回路;④ 消弱环境噪声对测试电路及信号传输的影响;⑤ 抑制公共接地、变频
① 信号隔离器使用简单方便，可靠，成本低廉，维护方便;② 使用信号隔离器可大量减轻设计人员、系统调试人员工作量;③ 保护各级控制回路;④ 消弱环境噪声对测试电路及信号传输的影响;⑤ 抑制公共接地、变频器、电磁阀及不明脉冲对设备及系统的干扰;同时对下级设备具有限压、限流的功能，是变送器、仪表、变频器、电磁阀、PLC/DCS输入、输出及通讯接口的防护，DIN导轨结构易安装;可有效隔离输入、输出和电源及大地之间的电流，能克服各种噪声及各种高低频脉冲干扰;⑥ 信号隔离器比隔离卡在隔离能力、抗电磁干扰等方面性能更加优越。⑦ 信号隔离应用，而且信号隔离器还具有信号转换和信号分配及接口转换等功能，适应性好，使用方便;⑧ 信号隔离器通常有单道、双通道、多通道，通道间相互完全独立，构成系统的配置，日常维护更加方便。据小编了解，东硕公司在追踪借鉴国际先进技术的基础上，结合国内众多企业的实际情况，努力进行技术创新，不断深入研发/严格按照IS9001质量体系精心组织生产.&专业技术&是东硕产品质量保证的基础，&以您为本&是我们赖以生存发展的动力.公司拥有1000余平方的生产工厂， 引进了进口贴片机、回流焊、波峰焊机、群脉冲发生器等一整套行业领先的制造和检测设备。
[责任编辑：刘婧]
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专家教你如何解决PLC控制系统的抗干扰问题
来源：电源网
编辑：娣雾儿
1.电磁干扰源及对系统的干扰是什么?
影响控制系统的干扰源于一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。
类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等;按声音干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地面的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压送加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏(这就是一些系统I/O模件损坏率较高的原因)，这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。
2.PLC控制系统中电磁干扰的主要来源有哪些呢?
(1)来自空间的辐射干扰
空间的辐射电磁场(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于射频场内，就回受到辐射干扰，其影响主要通过两条路径;一是直接对内部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。
(2)来自系统外引线的干扰
主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。
(3)来自电源的干扰
实践证明，因电源引入的造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高的PLC电源，问题才得到解决。
PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流转动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路到电源边。
PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。
(4)来自信号线引入的干扰
与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽略；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。
(5)来自接地系统混乱时的干扰
接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁的影响，又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态加雷击时，地线电流将更大。
此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流可能在地线上产生不等电位分布，影响内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。
(6)来自PLC系统内部的干扰
主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。
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相信有经验的开发者都知道，如果在电路板中开始添加..
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PLC信号受干扰故障案例
16:04:00　　　发布者：
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&#160; &#160; &#160; 近日有客户反映的故障现象是：单位的压瓦机使用的我们的PLC进行控制，前一段时间基本上连续运行几个小时之后，PLC就会有误动作；现在只要一启动，PLC就会误动作，生产根本无法运行。
我们立刻赶赴现场，处理过程如下：1、首先检查了用户的电控柜，发现走线非常混乱。可以确认的一点是：信号线肯定没有接错，因为PLC曾经正常运行过。2、黑灯瞎火的，所以暂时先将线的问题放在一边。用户启动设备，复现了故障，果然是连一个基本的压瓦过程都无法走完，频繁误动作。实际上心里已经有数了：这是典型的干扰。就看干扰到哪儿了。3、接上笔记本，监测程序的运行。这台压瓦机的一个动作中有7个接近开关信号反馈，控制动作的进行。在程序中对每一个接近开关的信号增加了一个计数器进行计数，结果发现：在尚未完成的一个动作里，所有的计数器都有计数，最多的甚至计到了近10个。4、现在可以肯定的是，接近开关信号遇到了干扰，导致PLC“误”动作。于是调整了一个接近开关的安装位置与走线，再次启动设备，发现这个信号仍然受到干扰。5、于是返回来再仔细看柜内的接线并咨询现场的电工。发现电机的AC380V电源线穿越了整个柜子，无屏蔽、接地，并且与信号线在同一个线槽之内。6、于是将AC380V的电源线更换为屏蔽线，屏蔽层单段接地，并且远离信号线进行固定。再次启动设备，连续试运行20多分钟正常。为了保险起见，修改用户程序，在程序中对7个接近开关信号都增加了几个ms的滤波时间。7、第二天上午6点一直到下午4点多，用户连续生产无故障。于是认为故障解决，离开现场。（一直到现在，用户再没有打过电话。）
总结一下这次的现场故障，原因其实很简单。实际上目前PLC的电磁兼容性还是非常好的，但假如信号受到了干扰，那么PLC就无能为力了。
另外小型PLC大多用于单机设备控制，现场使用环境甚至比中大型PLC还要恶劣（不久前我甚至在现场碰到一个用户就那么将电控柜露天放着，早晨里面的器件上甚至有结霜，我在说服用户的同时，也为我们的PLC能够正常运行而欣慰）。但只要在施工时严格按照规范进行施工，比如交、直流，强、弱电的走线，接地等等，就能够避免很多的麻烦。当然按照规范施工很麻烦，而且仍然可能发生故障，但出现故障的概率却会降低很多。另外，对于我们技术人员来说，现场遇到故障千万不能急躁，一步步分析、试验、排查，故障最终是能够排除的，大、小项目都是这样。深圳佳菱工控：您可信赖的工控产品供应商
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