淺析PLC系統(tǒng)抗干擾的問題.

隨著plc技術(shù)的不斷成熟，基于plc的控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制。因此，plc控制系統(tǒng)的可靠性將直接影響企業(yè)的生產(chǎn)安全和經(jīng)濟效益，而系統(tǒng)的抗干擾能力則是保證系統(tǒng)可靠運行的重要指標(biāo)之一。在濟鋼中厚板廠加熱爐區(qū)域使用的plc一部分安裝在控制室，一部分是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場。安裝在現(xiàn)場的plc則處在強電電路和強電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高plc控制系統(tǒng)可靠性，我們一方面要求plc生產(chǎn)廠家用提高設(shè)備的抗干擾能力；另一方面，我們在工程設(shè)計、安裝施工和使用維護(hù)中引起了高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能。
           
2  plc系統(tǒng)干擾源
           
2.1 來自電源的干擾
                   
加熱爐plc系統(tǒng)的供電電源由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，如開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。雖然plc電源采用隔離電源，但其機構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的[1]。如濟鋼二號蓄熱式加熱爐在調(diào)試初期，cpu模塊上的led“intf”、led“extf”經(jīng)常報紅，使整個plc系統(tǒng)無法正常運行，我們自plc程序到i/o模板逐一排查，未查出問題，但將plc重啟后故障消除。如此重復(fù)數(shù)次后，我們懷疑是電源引入的干擾造成plc控制系統(tǒng)故障，所以我們改用在線式不間斷供電電源(ups)為plc供電，ups具有較強的干擾隔離性能，是一種plc控制系統(tǒng)的理想電源。經(jīng)改造后，plc不再頻繁報故障，只是隔一段時間，偶爾報一次故障。


2.2 來自信號線的干擾
                   
與plc控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號線上的外部感應(yīng)干擾，這是很嚴(yán)重的。如濟鋼中厚板廠二號蓄熱式加熱爐的自動出鋼系統(tǒng)，由于出鋼機、爐門的電機電源線與控制回路的信號線的距離偏近，出鋼機起停過程中產(chǎn)生電磁輻射，控制回路的信號線受電磁輻射感應(yīng)的干擾，致使自動出鋼系統(tǒng)時常在自動出鋼時工作異常：出鋼機前進(jìn)過程中，爐門突然下降，使?fàn)t門與出鋼托桿相撞，將爐門撞壞。后經(jīng)改造，使控制回路的信號線遠(yuǎn)離強電電源，才得以控制。
           
2.3 來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾
                   
接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴(yán)重的干擾信號，使plc系統(tǒng)將無法正常工作[2]。
                   
plc控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對plc系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。如濟鋼中厚板廠蓄熱式加熱爐在大修施工期間，將plc系統(tǒng)的系統(tǒng)地、屏蔽地、保護(hù)地接到一起，造成整個爐子的控制系統(tǒng)極不穩(wěn)定，如時常接收到誤信號(plc接收到引風(fēng)機、循環(huán)水泵、給水泵等掉電信號，而實際上以上設(shè)備均正常運行)，使?fàn)t子連鎖緊急停爐，嚴(yán)重威脅到生產(chǎn)的正常運行。后將plc系統(tǒng)的系統(tǒng)地、屏蔽地、保護(hù)地獨立接地，才避免了此類事故的發(fā)生。
           
3  plc系統(tǒng)抗干擾措施
           
3.1 優(yōu)質(zhì)電源抑制電網(wǎng)干擾
                   
在plc控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。電網(wǎng)干擾串入plc控制系統(tǒng)主要通過plc系統(tǒng)的供電電源(如cpu 電源、i/o電源等)、變送器供電電源和與plc系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進(jìn)入的。現(xiàn)在，我們一般都采用隔離性能較好電源。另外，為保證電網(wǎng)饋點不中斷，我們采用在線式不間斷供電電源(ups)為plc供電，提高供電的安全可靠性。并且ups還具有較強的干擾隔離性能，是一種plc控制系統(tǒng)的理想電源[3]。


3.2 電纜選擇的敖設(shè)
                   
為了減少動力電纜輻射電磁干擾，我們將profibus電纜(連接控制室plc與現(xiàn)場plc)遠(yuǎn)離動力電纜，動力電纜走地下電纜溝，profibus電纜走架空線路。而對于其它信號電纜，不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應(yīng)按傳輸信號種類分層敖設(shè)，避免同一電纜的不同導(dǎo)線同時傳送動力電源和信號，避免信號線與動力電纜靠近平行敖設(shè)，以減少電磁干擾[4]。


3.3 正確選擇接地點完善接地系統(tǒng)
                   
接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是plc控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。
                   
信號源接地時，屏蔽層應(yīng)在信號側(cè)接地；不接地時，應(yīng)在plc側(cè)接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，一定要避免多點接地；多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應(yīng)相互連接好，并經(jīng)絕緣處理。選擇適當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c接點[5]。


而對于profibus電纜，由于干擾電流和電磁干擾是通過profibus電纜的屏蔽泄放到地的。因此，屏蔽到地的低阻抗十分重要。電纜屏蔽通常是兩端接地。特別在高頻干擾情況下，用這種方法可以很好的抑制干擾。在大范圍分散系統(tǒng)的各個總線之間存在電位差且不能實現(xiàn)等電位屏蔽接地時，就在一端將電纜屏蔽接地以避免在profibus電纜屏蔽中產(chǎn)生等電位屏蔽接地電流。因為在電纜屏蔽中有電纜均衡電流流過，會大大的降低屏蔽的效率。
           
4 結(jié)束語
                   
在plc控制系統(tǒng)中，干擾問題十分復(fù)雜，在抗干擾設(shè)計中必須考慮各方面的因素，具體問題具體分析，對癥下藥，合理有效地抑制抗干擾，才能保證plc控制系統(tǒng)正常工作。