在工业中应用PLC如何采用抗干扰措施

1、可编程控制器在工业应用中如何采取抗干扰措施徐永强(唐山首信自动化信息技术有限公司京唐运营部，唐山063000)摘要：分析了影响可编程控制器可靠运行的干扰因素，提出了克服这些因素的解决方案，并探讨了提高控制系统可靠性的措施。需要强调的是，在系统设计和安装过程中，必须对环境进行全面分析，以确定干扰的性质。为了防止干扰，抗干扰措施不仅可以从硬件电路设计上采取，也可以从软件编程上采取。关键词：可编程控制器抗干扰硬件措施和软件措施可编程控制器在工业中的应用及抗干扰措施徐永强(唐山首钢自动化信息技术有限公司京唐维修部，唐山063000)文摘：分析了可编程控制器的相关和可靠运行的各种因素，提出了克服这些干扰

2、因素的方案，讨论了如何提高控制系统硬件和软件的可靠性。而系统设计和安装的环境必须是确定的干扰，综合分析，以防止工作，除了从硬件电路设计，也可以从软件编程中采取抗干扰措施。关键词：可编程控制器硬件抗干扰措施软件措施0前言可编程控制器是一种基于微处理器的数字电子设备，集计算机技术、自动控制技术和通信技术于一体，面向控制过程，面向用户，适应工业环境，操作简单。它使用可编程存储单元存储指令，执行数字和逻辑运算，并通过数字输入和输出控制工业生产过程。就PLC本身而言，制造商在设计和制造过程中采取了多级抗干扰措施，具有一定的稳定性和可靠性。然而，由于可编程控制器的应用越来越广泛，应用环境越来越复杂，遇到的

3、干扰也越来越多。如电源波形失真、现场设备产生的电磁干扰、接地电阻耦合、输入元件抖动等。可能会导致系统无法正常工作。因此，研究PLC控制系统抗干扰信号的来源、产生原因及抑制措施，对提高PLC控制系统的抗干扰能力和可靠性具有重要意义。1可编程控制器应用需要注意的问题1.1工作环境(1)温度。可编程控制器要求环境温度在0至55之间，安装时不应放在高热值部件下。用于通风和散热的周围空间应该足够大。(2)湿度。为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%(无冷凝)。(3)振动。使可编程控制器远离强振动源，并防止10 55赫兹之间的频繁或连续振动。当在使用环境中不可避免地发生振动时，必须采取减震措

4、施，如使用减震胶。(4)空气。避免腐蚀性和易燃气体，如氯化氢和硫化氢。对于空气中粉尘或腐蚀性气体较多的环境，可编程控制器可安装在密封性能较好的控制室或控制柜中。(5)电源。可编程控制器可以抵抗电力线造成的干扰。在可靠性要求高或电源干扰严重的环境中，可安装带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地面之间的干扰。一般来说，可编程控制器有24V DC输出作为输入。当外部DC电源用于输入时，应选择DC稳压电源。由于采用了普通的整流滤波电源，可编程控制器很容易因纹波的影响而接收到错误信息。1.2可编程控制器控制系统的干扰源1.2.1来自变压器、塑壳断路器柜、电力电缆和电力设备的干扰实践证明，由于电源干扰造成的

5、PLC控制系统故障很多。隔离电源通常用于可编程控制器电源，但由于其机理和制造工艺，其隔离性能并不理想，而且由于分布参数的存在，尤其是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。变压器、塑壳柜、电力电缆和电力设备均为工频，频率较低。干扰一般发生在近场，电场分量和磁场分量与近场干扰源的特性有很大不同。特别是大功率设备启动时，瞬时电流可达额定电流的6 11倍，会产生大电流冲击瞬态干扰。1.2.2信号线干扰与可编程控制器控制系统相连的各种信号传输线除了传输有效信息外，还会受到外界干扰。信号入侵。这种干扰主要有两种方式：一是来自变压器电源或普通信号仪表电源进入电网的干扰，这种干扰往往被忽视；第二，信号线受到空间

6、电磁辐射的感应，即外部感应对信号线的干扰，这是非常严重的。信号引入的干扰会导致输入输出信号的异常运行，大大降低测量精度，严重时甚至会损坏元件。对于隔离性能差的系统，还会造成信号之间的相互干扰，造成公共接地系统的母线回流，造成逻辑数据变化、误操作和死机。1.2.3接地系统混乱的干扰正确的接地不仅可以抑制电磁干扰的影响，还可以抑制设备的外部干扰；然而，错误的接地会导致严重的干扰信号，这将使可编程控制器系统无法正常工作。可编程控制器控制系统的地线包括系统地线、屏蔽地线、交流/DC地线和保护地线等。混沌接地系统对PLC系统的干扰主要是由于各接地点的电位分布不均匀，以及不同接地点之间的电位差，造成回路电

7、流，影响系统的正常运行。例如，电缆屏蔽的一端必须接地。如果电缆屏蔽层的两端都接地，就会有电位差，电流就会流过屏蔽层。当出现异常状态(如雷击)时，接地电流会更大。此外，屏蔽层、地线和地可以形成闭环。在磁场变化的作用下，屏蔽层会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合干扰信号回路。如果系统与其他接地处理混淆，产生的循环电流会在接地线上产生不均匀的电位分布，影响PLC逻辑电路和模拟电路的正常运行。可编程控制器工作逻辑电压的干扰容限较低，逻辑地电位分布的干扰容易影响可编程控制器的逻辑操作和数据存储，导致数据混乱或崩溃。模拟地电位分布会导致测量精度下降，造成信号测量和控制的严重失真和误操作。1.2.4来

8、自可编程逻辑控制器系统的内部干扰它主要是由系统中元件与电路之间的相互电磁辐射引起的，如逻辑电路的相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地之间的相互影响，元件之间的不匹配使用。1.2.5变频器干扰首先，变频器在启动和运行过程中产生的谐波对电网造成传导干扰，造成电网电压畸变，影响电网供电质量；其次，变频器的输出会产生强烈的电磁辐射干扰，影响外围设备的正常运行。2系统设计中的抗干扰措施2.1硬件措施2.1.1屏蔽主要部件如电源变压器、中央处理器、编程器等。由具有良好导电性和导磁率的材料屏蔽，以防止外部干扰信号的影响。2.1.2过滤为了消除和抑制高频干扰信号，削弱模块间的相互影响，电源输入线路采用

9、了多种形式的滤波处理微处理器和输入输出电路之间采用光电隔离措施，有效隔离，防止外部干扰信号和接地回路中产生的噪声电信号通过公共地线进入可编程控制器，影响正常运行。2.1.5采用模块化结构这种结构有助于故障发生时的短期修复。一旦发现某个模块有故障，可以迅速更换，使系统能够恢复正常工作，也有助于加快查找系统故障的原因。2.2软件措施2.2.1重复执行指令重复指令执行是指具有相同功能的指令按要求重复执行，一般适用于开关或数字输入输出抗干扰。当采集一些开关量或数字量时，可以多次重复采集，直到两次或两次以上连续采集结果相同时，才视为有效。如果信号在多次采集后总是变化，您可以停止采集并发出报警信号。在满足

10、实时性要求的前提下，如果在每次采集数字信号之间插入一个延时，数据的可靠性会更高。如果系统的实时性要求不是很高，指令重复周期应该尽可能长。2.2.2数字滤波在一些信号采集过程中，随机干扰可能会增加测量信号的随机误差。鉴于这种情况，可以采用数字滤波技术。该方法具有可靠性高、稳定性好特点，广泛应用于工业计算机测控系统中。此外，数字滤波的常用方法包括程序判断滤波、中值滤波、算术平均滤波和递归平均。3可编程控制器系统安装过程中的抗干扰措施3.1电源布线和接地布线电源线应合理布置，强电和弱电应严格分开。接地在消除干扰方面起着重要作用。交流接地是可编程控制器控制系统供电的必要条件。它通过变压器的中心点形成两

11、个电源电路中的一个，该电路上的电流和各种谐波电流是严重的干扰元件。因此，交流接地线、DC接地线、模拟接地线和数字接地线必须分开。数字地和模拟地的公共地应该悬空。接地线各点之间的电位差应尽可能小，接地线应尽可能厚。如果条件允许，可以使用环形地线。系统接地端子是抗干扰中性端子，通常不需要接地。然而，当电磁干扰严重时，该端子需要与接地端子(GR)连接。为防止电流冲击，GR端子应使用14#专用接地线接地，接地线的横截面积应大于2平方米，接地电阻应小于1000欧姆，接地长度应小于20米。3.2输出端子的连接(1)当几个外部设备与一个电源相连时，应使用短连接器将输出端子短接到相应的公共端子。输出端子可以使

12、用不同的电压，相应的公共端子应分别连接到不同的电压源。(2)交流输出线和DC输出线不能使用同一根电缆。输出线应远离高压线和电源线，且不应平行。(3)输出电路应具有保险丝，以保护可编程逻辑控制器输出元件。流入输出端的最大电流不应超过可编程逻辑控制器的允许值，否则，必须连接外部接触器或继电器。同样，如果负载电流低于规定的最小值，应并联一个电阻电容吸收电路，如图1所示。电阻为50欧姆，电容为1微法。图1并联阻容吸收电路图1并联电容器和吸收电路(4)当感性负载切断时，会产生很大的自感电动势。当电路接通时，将在起点产生电弧。在严重的情况下，接触会烧结。因此，续流二极管应该与电感并联，如图2所示。图2并联

13、续流二极管电路图2并联续流二极管电路3.3输入输出信号的漏电流处理当输入si时图3带输入和输出端的分流电阻电路图3并联电阻电路的输入输出端3.4输入输出信号应采取光学隔离措施利用光耦合器的开关特性实现输入输出信号的完全隔离是抑制干扰的有效措施之一。光耦合器将各种模拟负载与数字信号源隔离开来，也就是说，将模拟地与数字地断开。由于光电耦合器具有高的输入/输出绝缘电阻和高的输出阻抗，被测信号可以通过光电耦合器获得，共模干扰信号由于不是环路而得到有效抑制。因此，输入输出信号通过光电耦合器与可编程控制器系统本体隔离，切断了干扰噪声通道，解决了输入输出回路的抗干扰问题。系统调试方便，运行可靠。3.5电缆敷

14、设当电源电缆超过10A/400V或20A/220V时，如果要求与输入和输出电缆平行放置，它们之间的距离至少应为300毫米.如果将它们放在凹槽中，它们之间的距离必须大于100毫米，并且必须用接地金属屏蔽。特别要注意的是，PLC基本单元和扩展单元之间的电缆是低电压的高频信号，容易受到干扰，因此不能与其他电缆设置在同一管道中。此外，所使用的电缆应为横截面积小于1.5平方毫米的屏蔽电缆。最好用电缆管道敷设电缆。当使用母线槽时，其长度不足以包括所有的输入/输出连接，并与其他电缆分开。扭曲输入线和扭曲双绞线可以减少共膜干扰。由于导线的电磁感应方向改变，感应相互抵消。如图4所示。图4输入线扭转电路图4输入线路敷设电路当信号采集是模拟线路时，导线可以捆绑在一起。数据线和脉冲线不应靠近或捆绑在一起。否则，数据线上的所有1将导致脉冲线上的干扰，反之亦然。使用屏蔽线作为输入线，只有一端接地。如果两端都接地，由于接地电位差，电流将流入屏蔽层，导致长期干扰。为了释放高频干扰，数字信号线的屏蔽层应与电位均衡线并联，其电阻应小于屏蔽电阻的十分之一。屏蔽层的两端应接地，如果考虑低频干扰，一端可以接地。4变频器抗干扰措施首先，变频器在启动和运行过程中产生的谐波对电网造成传导干扰，造成电网电压畸变，影响电网供电质量；其次，变频器的输出会产生强烈的电磁辐射干扰，影响外围设