影响PLC系统安全运行环境的因素

1、浅析影响PLC系统安全运行环境的因素摘 要：自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（programmable logic controller，plc）取代传统继电器控制装置以来，plc得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。本文从空间辐射、系统外部引线、系统本身等方面分析了影响plc系统安全运行环境的因素，最后阐述了plc系统安全运行的抗干扰措施和方法。关键词：plc 系统；干扰；措施中图分类号：f407文献标识码： a 文章编号：1影响plc系统安全运行环境的因素分析。1.1 来自空间辐射的影响。由于电力系统、广播电视通信、高频加热设备产生的空间辐射电磁场，其主要的传播路径为由电路产

2、生直接干扰和通信网络产生干扰。1.2 来自系统外部引线的干扰。这是一种传导干扰，普遍出现在我国各工厂现场，主要有电源线引入的干扰和信号线路导致的干扰。主要表现为：1.2.1.由电源线引入的干扰。plc系统的运行离不开为其提供电力的电网，而由各种辐射所引起的感应电流和感应电压会对电网造成影响。如挂在电网线上的各种设备如电器、电动机、变频器等等装置的运行与关闭均会造成电网电压电流的变化。另外,电网线路的断路、短路等等都会影响由其进行供电的plc控制系统。plc电源通常采用隔离电源,但由于结构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实践证明,因电源引入的干扰造成plc控制系统故障的情况很多。1.2.2 由

3、于信号线路导致的干扰。与控制系统相连的信号输入输出线在传输有用信号的同时,很多的干扰信号也沿着传输线进入plc控制系统。这些干扰传入控制系统内部通过以下两种途径:通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰,这往往被忽视；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。由信号线路引入的干扰会引起开关量输入输出信号的不稳定并降低部分模拟量数据的精度，严重时会对 plc 本身造成不可修复的损伤。尤其是在现场隔离措施防护不到位的系统，还可能导致信号间互相干扰。对于部分传输距离长而又采用共地的系统来说会出现总线回流的情况，从而使造成误动、逻辑数据的变化和死机。1.3 由于接地系统

4、本身的不完善导致的干扰。这主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射所产生的，如逻辑电路相互辐射、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。从根本上来说这是由于 plc 制造厂家在设计时对内部元件的电磁兼容性能构造不规范所造成的。良好的接地是提高电子设备可靠工作的有效手段之一，正确合理的接地能抑制设备向外发出干扰；但接地不合理或是错误接地反而会引入严重的干扰信号，使plc系统无法正常工作。plc控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等，如果接地系统混乱，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。例如现场信号

5、线路屏蔽层采用两端接地时，实际运行时这两端就存在电位差，从而有电流流过屏蔽层。若发生雷电电击等异常状态，其线路电流将更大。此外，系统本身的接地线路、会与屏蔽层通过大地构成回路，在现场复杂多样的电气设备的干扰下，回路内会感应出电流，从而造成干扰。若系统按地与其他电气设备的保护接地接驳在一起，所产生的感应电流就可能在地线上产生电位差，影响plc 的正常工作。2 plc系统安全运行的抗干扰措施和方法。为了确保控制系统的稳定工作，提高可靠性，必须对控制系统采取一定的抗干扰措施。2.1 电源部分的抗干扰措施和方法。抑制电网干扰的一项重要措施就是电源采用隔离变压器，且在隔离变压器的选择上应留有余量，一般余

6、量选择在20%50%之间。隔离变压器在使用时应有良好的接地措施，次级回路的输出线最好使用双绞线，以杜绝干扰。如果想更好的发挥隔离效果还可在变压器输入端使用滤波器。这种情况下变压器的两级线圈连接线均要使用带屏蔽层的双绞线。这样才能发挥滤波隔离效果，提高系统的抗干扰性能。我们还可采用 cpu 模块和 i/o 模块独立供电的方式，两种模块分别选用不同的隔离变压器来供电，并隔绝主回路电源。这样系统各部分独立运行，当一台隔离变压器损坏时，其他部分仍能够可靠运行，提高了系统运行的可靠性。cpu 还可在隔离变压器旁边并联一套 ups 不间断电源，来应对一些供电不稳定的场所。2.2 输入/输出信号线路的抗干扰

7、措施和方法。2.2.1 输入信号的抗干扰措施。在设备选型时尽量选用带有绝缘效果的 i/o 模块，以防止信号受到干扰。输入信号的抗干扰：采用输入模块的滤波功能来减小输入信号线路之间的差模干扰，并将控制器接地来抑制线路与大地间的共模干扰。当输入端并联感性负载时，应采用容差设计技术以抑制线路上的电流突变所产生感应电动势的影响。即在负载两端并联电容和电阻，对于直流输入信号可并接续流二极管。2.2.2 输出信号的抗干扰措施。现阶段 plc 的开关量输出一般有中间继电器、晶体管、晶闸管三种输出形式，要根据负载的要求来具体选择。若负载要求超出了plc 的 i/o 口的输出能力，一般要外接中间继电器。当输出端

8、接有感性负载时，输出信号在通断时都会由于线路电流的畸变而可能造成干扰。为了应对以上情况的发生，可根据情况采取以下措施：对于直流负载，通常是在尽可能靠近负载的情况下在继电器线圈两触头上并联续流二极管。对于交流负载，应将电阻电容串联后并联在继电器线圈的触头两端，一般电容选择0.3 f 左右，电阻选择100 左右，且 rc 要尽量靠近负载。而且在大容量负载电路中，由于继电器在通断时会产生强烈的电弧干扰，因此须在线圈两端连接浪涌吸收装置。2.3 外部配线的抗干扰措施和方法。众所周知互感、分布电容等现象广泛存在于电气线路上，对于大容量的设备一般情况下不会造成较大危害，而对于 plc 这种对外界环境极为敏

9、感的弱电设备来讲，杜绝以上现象是必须解决的问题。因为这不仅会对plc本身信号的接收造成干扰，而且会严重影响cpu的信号判断。所以因互感、分布电容所带来的影响，直流输入、输出信号和交流输入、输出信号不能使用同一根电缆。对于带有集成电路或晶体管电路的设备来讲其输入、输出信号线必须使用带有屏蔽层的电缆，且在使用时其输入、输出端要悬空，而控制器端要接地。在线路较短时，直流信号线和交流信号线应使用不同的穿线管，如果因为场地限制而必须要走同一穿线管时，信号线要使用屏蔽电缆。在线路较长的传输时，必须使用中间继电器来进行信号的转换，或采用类似西门子 et200 那样的远程 i/o。需要特别注意的是，在现场的电

10、缆敷设时，应特别注意信号线路要与动力电缆、高压电缆区别开来。2.4 plc系统的接地措施。要保证一套 plc 系统的稳定运行，接地是必须做好的一项基本工作。接地不仅可以避免电压冲击给设备带来的损坏，还可以解决普遍存在的误动作等问题。plc 接地最好采用专用接地极, 绝对不允许与大功率晶闸管装置和电机等设备共用接地系统。接地线与机器的接地端相联，基本单元必须接地，如果选用扩展单元，其接地点与基本单元接地点接在一起。为了抑制附加在电源及输入、输出线路上的干扰，plc 应使用专用接地线，接地线与动力设备的接地点应分开一段距离。若达不到此要求，则可与其他设备公共接地，严禁与其它设备串联接地。接地电阻要

11、小于 5 ，接地线要粗，截面积要大于 2 mm2，一般最长不超过20m，而且接地点最好靠近plc 装置。2.5.空间电、磁场干扰的屏蔽与抑制。为减小空间电磁场对信号线的干扰,可以采用多种技术。要将弱信号线远离强信号线敷设,尤其是动力线路,保持这些导线间的距离在一米以上。其次要避免平行走线,也可以减小电磁的干扰。克服电磁干扰的另一个有效的办法是屏蔽和屏蔽层的正确接地。正确接地的屏蔽既能克服电场干扰又能减小磁场的干扰。3 结语plc 控制系统的抗干扰是系统的一个重要组成部分，是一个十分复杂的问题，除了上述所应采取的一些抗干扰措施和方法外，在软件编程上也可以利用软件的设计来屏蔽输入元件的误信号，防止输出元件的误动作。在实际应用中可以同时利用硬件和软件等抗干扰技术，综合考虑各方面的因素，合理有效的抑制干扰，采取对症下药，让