PLC的抗幹擾解決方案
發布時間:2012-01-29
中心議題:
高可靠性是電氣控製設備的關鍵性能。PLC由you於yu采cai用yong現xian代dai大da規gui模mo集ji成cheng電dian路lu技ji術shu,采cai用yong嚴yan格ge的de生sheng產chan工gong藝yi製zhi造zao,內nei部bu電dian路lu采cai取qu了le先xian進jin的de抗kang幹gan擾rao技ji術shu,具ju有you很hen高gao的de可ke靠kao性xing,故gu障zhang也ye就jiu大da大da降jiang低di。盡jin管guanPLC在設計製造時已采取了很多措施,使它對工業環境比較適應,但是為了確保整個係統穩定可靠,還是應當盡量使PLC有良好的工作環境條件,並采取必要的抗幹擾措施。
1 PLC控製係統幹擾的主要來源及途徑
1.1電源的幹擾
PLC係統控製的正常供電電源均由電網供電。由於電網覆蓋範圍廣,它將受到所有空間電磁幹擾,空間的輻射電磁場(EMI)主要是由電力網絡、電氣設備的暫態過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達等產生的,通常稱為輻射幹擾,若PLC係統置於所射頻場內,就會收到輻射幹擾,而在線路上感應電壓。尤其是電網內部的變化,刀開關操作浪湧、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電(dian)網(wang)短(duan)路(lu)暫(zan)態(tai)衝(chong)擊(ji)等(deng),都(dou)通(tong)過(guo)輸(shu)電(dian)線(xian)路(lu)傳(chuan)到(dao)電(dian)源(yuan)原(yuan)邊(bian)。可(ke)能(neng)造(zao)成(cheng)程(cheng)序(xu)錯(cuo)誤(wu)或(huo)運(yun)算(suan)錯(cuo)誤(wu),從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)誤(wu)輸(shu)入(ru)並(bing)引(yin)起(qi)誤(wu)輸(shu)出(chu),這(zhe)將(jiang)會(hui)造(zao)成(cheng)設(she)備(bei)的(de)失(shi)控(kong)和(he)誤(wu)動(dong)作(zuo),從(cong)而(er)不(bu)能(neng)保(bao)證(zheng)PLC的正常運行。
1.2信號線引入的幹擾
與PLC控製係統連接的各類信號傳輸線,除了傳輸有效的各類信號之外,總會有外部幹擾信號侵入。此幹擾主要有兩種途徑:一是通過變送器或共用信號儀表的供電電源串入的電網幹擾;二是信號線受空間電磁輻射感應的幹擾,由此引起係統故障的情況也很多。
1.3接地係統的幹擾
接地是提高電子設備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正確的接地,既能抑製電磁幹擾的影響,又能抑製設備向外發出幹擾;而錯誤的接地,反而會引入嚴重的幹擾信號,使PLC係統將無法正常工作。
1.4變頻器幹擾
一是變頻器啟動及運行過程中產生諧波對電網產生傳導幹擾,引起電網電壓畸變,影響電網的供電質量;二是變頻器的輸出會產生較強的電磁輻射幹擾,影響周邊設備的正常工作。
2 抗幹擾的措施
2.1 電源幹擾的抑製
一般通過設置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。選用隔離性能較好的設備、選用優良的電源、動力線和信號線走線要更加合理等等,對電源變壓器、中央處理器、編程器等主要部件,采用導電、導磁性良好的材料進行屏蔽處理,以防止外界幹擾信號的影響。電源調整與保護:電源波動造成電壓畸變或毛刺,將對PLC及I/O模塊產生不良影響。對微處理器核心部件所需要的+5V電源采用多級濾波處理,並用集成電壓調整器進行調整,以適應交流電網的波動和過電壓、欠qian電dian壓ya的de影ying響xiang。盡jin量liang時shi電dian源yuan線xian平ping行xing走zou線xian,時shi電dian源yuan線xian對dui地di呈cheng低di阻zu抗kang,以yi減jian少shao電dian源yuan噪zao聲sheng幹gan擾rao。其qi屏ping蔽bi層ceng接jie地di方fang式shi不bu同tong,對dui幹gan擾rao抑yi製zhi效xiao果guo不bu一yi樣yang,一yi般ban次ci級ji線xian圈quan不bu能neng接jie地di。輸shu入ru、輸出線應用雙絞線且屏蔽層應可靠接地,以抑製共摸幹擾。此外可以安裝一台帶屏蔽層的變比為1:1的隔離變壓器,以減少設備與地之間的幹擾,還可以在電源輸入端串接LC濾波電路等。
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2.2 信號線引入的防幹擾措施
動力線、控製線以及PLC的電源線和I/O線應分別配線,隔離變壓器與PLC和I/O之間應采用雙絞線連接。將PLC的I/O線和大功率線分開走線,如必須在同一線槽內,分開捆紮交流線、直zhi流liu線xian,若ruo條tiao件jian允yun許xu,分fen槽cao走zou線xian最zui好hao,這zhe不bu僅jin能neng使shi其qi有you盡jin可ke能neng大da的de空kong間jian距ju離li,並bing能neng將jiang幹gan擾rao降jiang到dao最zui低di限xian度du。此ci外wai利li用yong信xin號hao隔ge離li器qi解jie決jue幹gan擾rao問wen題ti也ye是shi很hen理li想xiang的de辦ban法fa,其qi原yuan理li是shi首shou先xian將jiangPLC接(jie)收(shou)的(de)信(xin)號(hao),通(tong)過(guo)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)調(tiao)製(zhi)變(bian)換(huan),然(ran)後(hou)通(tong)過(guo)光(guang)感(gan)或(huo)磁(ci)感(gan)器(qi)件(jian)進(jin)行(xing)隔(ge)離(li)轉(zhuan)換(huan),然(ran)後(hou)再(zai)進(jin)行(xing)解(jie)調(tiao)變(bian)換(huan)回(hui)隔(ge)離(li)前(qian)原(yuan)信(xin)號(hao)或(huo)不(bu)同(tong)信(xin)號(hao),同(tong)時(shi)對(dui)隔(ge)離(li)後(hou)信(xin)號(hao)的(de)供(gong)電(dian)電(dian)源(yuan)進(jin)行(xing)隔(ge)離(li)處(chu)理(li)。保(bao)證(zheng)變(bian)換(huan)後(hou)的(de)信(xin)號(hao)、電源、地之間絕對獨立。隻要在有幹擾的地方,輸入端和輸出端中間加上這種隔離器,就可有效解決幹擾問題。
2.3 正確選擇接地點,完善接地係統
良好的接地是保證PLC可ke靠kao工gong作zuo的de重zhong要yao條tiao件jian,可ke以yi避bi免mian偶ou然ran發fa生sheng的de電dian壓ya衝chong擊ji危wei害hai。接jie地di的de目mu的de通tong常chang有you兩liang個ge,其qi一yi為wei了le安an全quan,其qi二er是shi為wei了le抑yi製zhi幹gan擾rao。完wan善shan的de接jie地di係xi統tong是shiPLC控製係統抗電磁幹擾的重要措施之一。在PLC控製係統中,具有多種形式的“接地”,主要有:
(1)信號地。輸入端信號元件的地;
(2)交流地。交流供電電源的N線;
(3)屏蔽地。為防止靜電和磁場感應而設置的外殼或金屬絲網,通過專門的銅導線將其接入地下;
(4)保護地。將機器設備的外殼或設備內獨立器件的外殼接地,用於保護人身安全和防止設備漏電。
為了抑製附加在電源及輸入、輸出端的幹擾,應對PLC係統進行良好的接地。一般情況下,接地方式與信號頻率有關,當頻率低於1MHz時,可用一點接地;高於10MHz時,采用多點接地;在1~10MH之間時,通常情況下,PLC控製係統采用一點接地,將所有地線端子和最近接地點相連接,以獲得最好的抗幹擾能力。接地線截麵積不能小於2mm2,接地電阻不能大於100Ω,接地線使用專用地線。
2.4 變頻器幹擾的抑製
(1)加隔離變壓器,主要是針對來自電源的傳導幹擾,可以將絕大部分的傳導幹擾阻隔在隔離變壓器之前。
(2)使用濾波器,濾波器具有較強的抗幹擾能力,還具有防止將設備本身的幹擾傳導給電源,有些還兼有尖峰電壓吸收功能。
(3)使(shi)用(yong)輸(shu)出(chu)電(dian)抗(kang)器(qi),在(zai)變(bian)頻(pin)器(qi)到(dao)電(dian)動(dong)機(ji)之(zhi)間(jian)增(zeng)加(jia)交(jiao)流(liu)電(dian)抗(kang)器(qi)主(zhu)要(yao)是(shi)減(jian)少(shao)變(bian)頻(pin)器(qi)輸(shu)出(chu)在(zai)能(neng)量(liang)傳(chuan)輸(shu)過(guo)程(cheng)中(zhong)線(xian)路(lu)產(chan)生(sheng)電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she),影(ying)響(xiang)其(qi)它(ta)設(she)備(bei)正(zheng)常(chang)。
3 結論
PLC控製係統中的幹擾是一個十分複雜的問題,因此在抗幹擾設計中應綜合考慮各方麵的因素,合理有效地抑製抗幹擾,才能夠使PLC控製係統正常工作。隨著PLC應用領域的不斷拓寬,如何高效可靠的使用PLC也成為其發展的重要因素。在不久的將來,PLC會有更大的發展,產品的品種會更豐富、規格更齊全,通過完美的人機界麵、完備的通信設備會更好地適應各種工業控製場合的需求,PLC作為自動化控製網絡和國際通用網絡的重要組成部分,將在工業控製領域發揮越來越大的作用。
- PLC控製係統幹擾的主要來源及途徑
- PLC控製係統抗幹擾的措施
- 電源幹擾的抑製
- 信號線引入的防幹擾措施
- 正確選擇接地點,完善接地係統
- 變頻器幹擾的抑製
高可靠性是電氣控製設備的關鍵性能。PLC由you於yu采cai用yong現xian代dai大da規gui模mo集ji成cheng電dian路lu技ji術shu,采cai用yong嚴yan格ge的de生sheng產chan工gong藝yi製zhi造zao,內nei部bu電dian路lu采cai取qu了le先xian進jin的de抗kang幹gan擾rao技ji術shu,具ju有you很hen高gao的de可ke靠kao性xing,故gu障zhang也ye就jiu大da大da降jiang低di。盡jin管guanPLC在設計製造時已采取了很多措施,使它對工業環境比較適應,但是為了確保整個係統穩定可靠,還是應當盡量使PLC有良好的工作環境條件,並采取必要的抗幹擾措施。
1 PLC控製係統幹擾的主要來源及途徑
1.1電源的幹擾
PLC係統控製的正常供電電源均由電網供電。由於電網覆蓋範圍廣,它將受到所有空間電磁幹擾,空間的輻射電磁場(EMI)主要是由電力網絡、電氣設備的暫態過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達等產生的,通常稱為輻射幹擾,若PLC係統置於所射頻場內,就會收到輻射幹擾,而在線路上感應電壓。尤其是電網內部的變化,刀開關操作浪湧、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電(dian)網(wang)短(duan)路(lu)暫(zan)態(tai)衝(chong)擊(ji)等(deng),都(dou)通(tong)過(guo)輸(shu)電(dian)線(xian)路(lu)傳(chuan)到(dao)電(dian)源(yuan)原(yuan)邊(bian)。可(ke)能(neng)造(zao)成(cheng)程(cheng)序(xu)錯(cuo)誤(wu)或(huo)運(yun)算(suan)錯(cuo)誤(wu),從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)誤(wu)輸(shu)入(ru)並(bing)引(yin)起(qi)誤(wu)輸(shu)出(chu),這(zhe)將(jiang)會(hui)造(zao)成(cheng)設(she)備(bei)的(de)失(shi)控(kong)和(he)誤(wu)動(dong)作(zuo),從(cong)而(er)不(bu)能(neng)保(bao)證(zheng)PLC的正常運行。
1.2信號線引入的幹擾
與PLC控製係統連接的各類信號傳輸線,除了傳輸有效的各類信號之外,總會有外部幹擾信號侵入。此幹擾主要有兩種途徑:一是通過變送器或共用信號儀表的供電電源串入的電網幹擾;二是信號線受空間電磁輻射感應的幹擾,由此引起係統故障的情況也很多。
1.3接地係統的幹擾
接地是提高電子設備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正確的接地,既能抑製電磁幹擾的影響,又能抑製設備向外發出幹擾;而錯誤的接地,反而會引入嚴重的幹擾信號,使PLC係統將無法正常工作。
1.4變頻器幹擾
一是變頻器啟動及運行過程中產生諧波對電網產生傳導幹擾,引起電網電壓畸變,影響電網的供電質量;二是變頻器的輸出會產生較強的電磁輻射幹擾,影響周邊設備的正常工作。
2 抗幹擾的措施
2.1 電源幹擾的抑製
一般通過設置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。選用隔離性能較好的設備、選用優良的電源、動力線和信號線走線要更加合理等等,對電源變壓器、中央處理器、編程器等主要部件,采用導電、導磁性良好的材料進行屏蔽處理,以防止外界幹擾信號的影響。電源調整與保護:電源波動造成電壓畸變或毛刺,將對PLC及I/O模塊產生不良影響。對微處理器核心部件所需要的+5V電源采用多級濾波處理,並用集成電壓調整器進行調整,以適應交流電網的波動和過電壓、欠qian電dian壓ya的de影ying響xiang。盡jin量liang時shi電dian源yuan線xian平ping行xing走zou線xian,時shi電dian源yuan線xian對dui地di呈cheng低di阻zu抗kang,以yi減jian少shao電dian源yuan噪zao聲sheng幹gan擾rao。其qi屏ping蔽bi層ceng接jie地di方fang式shi不bu同tong,對dui幹gan擾rao抑yi製zhi效xiao果guo不bu一yi樣yang,一yi般ban次ci級ji線xian圈quan不bu能neng接jie地di。輸shu入ru、輸出線應用雙絞線且屏蔽層應可靠接地,以抑製共摸幹擾。此外可以安裝一台帶屏蔽層的變比為1:1的隔離變壓器,以減少設備與地之間的幹擾,還可以在電源輸入端串接LC濾波電路等。
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2.2 信號線引入的防幹擾措施
動力線、控製線以及PLC的電源線和I/O線應分別配線,隔離變壓器與PLC和I/O之間應采用雙絞線連接。將PLC的I/O線和大功率線分開走線,如必須在同一線槽內,分開捆紮交流線、直zhi流liu線xian,若ruo條tiao件jian允yun許xu,分fen槽cao走zou線xian最zui好hao,這zhe不bu僅jin能neng使shi其qi有you盡jin可ke能neng大da的de空kong間jian距ju離li,並bing能neng將jiang幹gan擾rao降jiang到dao最zui低di限xian度du。此ci外wai利li用yong信xin號hao隔ge離li器qi解jie決jue幹gan擾rao問wen題ti也ye是shi很hen理li想xiang的de辦ban法fa,其qi原yuan理li是shi首shou先xian將jiangPLC接(jie)收(shou)的(de)信(xin)號(hao),通(tong)過(guo)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)調(tiao)製(zhi)變(bian)換(huan),然(ran)後(hou)通(tong)過(guo)光(guang)感(gan)或(huo)磁(ci)感(gan)器(qi)件(jian)進(jin)行(xing)隔(ge)離(li)轉(zhuan)換(huan),然(ran)後(hou)再(zai)進(jin)行(xing)解(jie)調(tiao)變(bian)換(huan)回(hui)隔(ge)離(li)前(qian)原(yuan)信(xin)號(hao)或(huo)不(bu)同(tong)信(xin)號(hao),同(tong)時(shi)對(dui)隔(ge)離(li)後(hou)信(xin)號(hao)的(de)供(gong)電(dian)電(dian)源(yuan)進(jin)行(xing)隔(ge)離(li)處(chu)理(li)。保(bao)證(zheng)變(bian)換(huan)後(hou)的(de)信(xin)號(hao)、電源、地之間絕對獨立。隻要在有幹擾的地方,輸入端和輸出端中間加上這種隔離器,就可有效解決幹擾問題。
2.3 正確選擇接地點,完善接地係統
良好的接地是保證PLC可ke靠kao工gong作zuo的de重zhong要yao條tiao件jian,可ke以yi避bi免mian偶ou然ran發fa生sheng的de電dian壓ya衝chong擊ji危wei害hai。接jie地di的de目mu的de通tong常chang有you兩liang個ge,其qi一yi為wei了le安an全quan,其qi二er是shi為wei了le抑yi製zhi幹gan擾rao。完wan善shan的de接jie地di係xi統tong是shiPLC控製係統抗電磁幹擾的重要措施之一。在PLC控製係統中,具有多種形式的“接地”,主要有:
(1)信號地。輸入端信號元件的地;
(2)交流地。交流供電電源的N線;
(3)屏蔽地。為防止靜電和磁場感應而設置的外殼或金屬絲網,通過專門的銅導線將其接入地下;
(4)保護地。將機器設備的外殼或設備內獨立器件的外殼接地,用於保護人身安全和防止設備漏電。
為了抑製附加在電源及輸入、輸出端的幹擾,應對PLC係統進行良好的接地。一般情況下,接地方式與信號頻率有關,當頻率低於1MHz時,可用一點接地;高於10MHz時,采用多點接地;在1~10MH之間時,通常情況下,PLC控製係統采用一點接地,將所有地線端子和最近接地點相連接,以獲得最好的抗幹擾能力。接地線截麵積不能小於2mm2,接地電阻不能大於100Ω,接地線使用專用地線。
2.4 變頻器幹擾的抑製
(1)加隔離變壓器,主要是針對來自電源的傳導幹擾,可以將絕大部分的傳導幹擾阻隔在隔離變壓器之前。
(2)使用濾波器,濾波器具有較強的抗幹擾能力,還具有防止將設備本身的幹擾傳導給電源,有些還兼有尖峰電壓吸收功能。
(3)使(shi)用(yong)輸(shu)出(chu)電(dian)抗(kang)器(qi),在(zai)變(bian)頻(pin)器(qi)到(dao)電(dian)動(dong)機(ji)之(zhi)間(jian)增(zeng)加(jia)交(jiao)流(liu)電(dian)抗(kang)器(qi)主(zhu)要(yao)是(shi)減(jian)少(shao)變(bian)頻(pin)器(qi)輸(shu)出(chu)在(zai)能(neng)量(liang)傳(chuan)輸(shu)過(guo)程(cheng)中(zhong)線(xian)路(lu)產(chan)生(sheng)電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she),影(ying)響(xiang)其(qi)它(ta)設(she)備(bei)正(zheng)常(chang)。
3 結論
PLC控製係統中的幹擾是一個十分複雜的問題,因此在抗幹擾設計中應綜合考慮各方麵的因素,合理有效地抑製抗幹擾,才能夠使PLC控製係統正常工作。隨著PLC應用領域的不斷拓寬,如何高效可靠的使用PLC也成為其發展的重要因素。在不久的將來,PLC會有更大的發展,產品的品種會更豐富、規格更齊全,通過完美的人機界麵、完備的通信設備會更好地適應各種工業控製場合的需求,PLC作為自動化控製網絡和國際通用網絡的重要組成部分,將在工業控製領域發揮越來越大的作用。
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