《三菱FX系列PLC编程及应用》 课件 第九章 PLC系统抗干扰设计

第九章PLC抗干扰性设计

*Page1随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。由于PLC是专门为工业生产环境而设计的，控制装置厂家在硬件和软件上都采用了大量的抗干扰措施，所以一般不需要采取特别的抗干扰措施就可以直接在工业环境中使用。但随着工业规模的不断扩大、自动化程度的加深和在强电磁场、强腐蚀、高粉尘、高低温剧烈变化等恶劣环境下应用PLC的广泛性，以及用户对PLC控制系统运行可靠性要求的进一步提高，都要求我们必须对PLC控制系统的抗电磁干扰、安装运行环境、冗余设计和软件抗干扰等做进一步的研究。因此探讨PLC控制系统的可靠性设计具有十分重要的现实意义。*Page2本章各节内容要点如下：可靠性定义的基本知识、可靠性研究的基本内容以及系统设计对可靠性的影响等内容常见的干扰源的类型，如何消除干扰源的影响静电的基本知识，生产中如何消除静电的危害*Page39.1PLC控制系统的可靠性PLC控制系统的可靠性通常用平均故障间隔时间来衡量。它表示系统从发生故障进行修理到下一次发生故障的时间间隔的平均值。导致现场输入给PLC信号出错的主要原因有以下几种。传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，连接处松脱等），当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错。机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制结果。现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。*Page4导致执行机构出错的主要原因有以下几种。控制负载的接触不能可靠动作，虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作。控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作。各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。要提高整个控制系统的可靠性，必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障，让系统安全、可靠、正确地工作。*Page5要提高现场输入给PLC信号的可靠性，首先要选择可靠性较高的变送器和各种开关，防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良。其次在程序设计时增加数字滤波程序，增加输入信号的可信性。输入信号可靠性研究执行机构可靠性研究设计完善的故障报警系统*Page69.1.1系统安装及环境条件设计1.环境条件每种PLC都有自己的环境技术条件，用户在选用时特别是在设计控制系统时对环境条件要给予充分的考虑。（1）温度的影响（2）湿度影响（3（振动和冲击的影响（4）周围空气的影响2.安装设计（1）控制柜箱体的设计（2）PLC的安装注意事项*Page79.1.2输入输出配线1.输入信号的抗干扰设计输入设备的输入信号的线间干扰(差模干扰)用输入模块的滤波器可以使其衰减，然而，输入信号线与地间的共模干扰在控制器内部回路产生的电位差仍会引起控制器误动作。因此，为了抗共模干扰，控制器要良好接地。2.输出信号的抗干扰设计在输出为感性负载的场合，如电磁接触器等触点的开合会产生电弧和反电动势，从而对输出信号产生干扰。*Page83.输入输出信号漏电流的处理当输入信号源为晶体管，或是光电开关输出类型时，当输出元件为双向，或是晶体管输出而外部负载又很小时，会因为这类输出元件在关断时有较大的漏电流，使输入电路和外部负载电路不能关断，导致输入与输出信号错误。4.冲击电流的处理PLC内晶体管或双向可控硅(双向晶闸管)输出单元一般能够承受10倍自身额定电流的浪涌电流。若连接类似白炽灯等冲击电流大的负载时，必须考虑输出晶体管和双向可控硅安全性。*Page95.输入输出信号采用光电隔离措施的抗干扰设计用于输入输出的隔离用于减少噪声与消除干扰6.外部配线设计外部配线的设计关系到PLC设备能否稳定运行，尤其是远距离传送信号时容易出现信号误差，设计时应遵循以下规定。线缆选择配线距离要求：双绞线的使用*Page109.1.3接地系统设计1.PLC控制系统接地的意义2.接地方法系统接地方法*Page119.1.4供电系统设计1.使用滤波器滤波器和隔离变压器的接线2.采用分离供电系统（1）采用隔离变压器的供电系统（2）采用UPS的供电系统（3）双路供电系统*Page129.1.5冗余系统与热备用系统1.冗余控制的类型冗余控制的方式在工控领域根据不同的产品和客户不同的需求有多种多样，采用的方式也不尽相同。具体可以分成以下几类：（1）处理器冗余（2）通信冗余（3）I/O冗余（4）电源冗余2.冗余控制的具体方式（1）PLC并列运行（2）双机双工热/后备控制系统（3）表决式冗余系统（4）与继电器控制盘并用（5）网络冗余*Page13

（1）干扰源来源（2）来自空间的辐射干扰（3）来自系统外引线的干扰（4）来自电源的干扰（5）来自信号线引入的干扰（6）来自接地系统混乱时的干扰（7）来自PLC系统内部的干扰*Page149.2PLC控制系统工程应用的抗干扰设计1.硬件抗干扰措施（1）采用性能优良的电源（2）输入输出保护（3）电缆选择的敷设（4）正确选择接地点（5）PLC自身的改进。2.软件抗干扰措施在PLC控制系统中，除采用硬件措施提高系统的抗干扰能力外，在软件设计中还可以采用数字滤波和软件容错等重要的经济有效方法，进一步提高系统的可靠性。（1）提高输入输出信号的可靠性。（2）信息的恢复与保护（3）设置互锁功能*Page153.故障检测程序的设计（1）时间故障检测法（2）逻辑错误检测法4.数据和程序的保护*Page165.软件容错（1）程序复执技术（2）对死循环作处理（3）软件延时（4）在目前现场设备信号不完全可靠的情况下，对于非严重影响设备运行的故障信号，在程序中采取不同时间的判断，以防止输入接点的抖动而产生“伪报警”。若延时后信号仍不消失，再执行相应动作。（5）在充分利用信号间的组合逻辑关系构成条件判断，即使个别信号出现错误时，系统也不会因错误判断而影响其正常的逻辑功能。*Page17静电预防静电的危害1.静电的危害方式主要有以下三种类型：