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怎樣才能解決PLC控制係統應用抗幹擾問題?

.概述

　　隨著科學技術的發展，PLC在工業控制中的應用越來越廣泛。PLC控制係統的可靠性直接影響到工業企業的生產和經濟運行，係統的抗幹擾能力是關係到整個係統可靠運行的關鍵。自動化係統中所使用的類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產現場和各電機設備上，它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環境中。要提高PLC控制係統可靠性，設計人員只有預先了解幹擾才能有效保證係統可靠運行。

　　2.電磁幹擾源及對係統的幹

　　影響PLC控制係統的幹擾源於一般影響工業控制設備的幹擾源一樣，大都產生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即幹擾源。

　　幹擾類型通常按幹擾產生的原因、噪聲的幹擾模式和噪聲的波形性質的不同劃分。其中：按噪聲產生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質不同，分為持續噪聲、偶發噪聲等；按聲音幹擾模式不同，分為共模幹擾和差模幹擾。共模幹擾和差模幹擾是一種比較常用的分類方法。共模幹擾是信號對地面的電位差，主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態（同方向）電壓送加所形成。共模電壓有時較大，特別是採用隔離性能差的電器供電室，變送器輸出信號的共模電壓普遍較高，有的可高達130V以上。共模電壓通過不對稱電路可轉換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞（這就是一些係統I/O模件損壞率較高的原因），這種共模幹擾可為直流、亦可為交流。差模幹擾是指用於信號兩極間得幹擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模幹擾所形成的電壓，這種讓直接疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。

　　3.PLC控制係統中電磁幹擾的主要來源有哪些呢？

　　(1)來自空間的輻射幹擾

　　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、高頻感應加熱設備等產生的，通常稱為輻射幹擾，其分布極為復雜。若PLC係統置於所射頻場內，就回收到輻射幹擾，其影響主要通過兩條路徑；一是直接對PLC內部的輻射，由電路感應產生幹擾；而是對PLC通信內網絡的輻射，由通信線路的感應引入幹擾。輻射幹擾與現場設備布置及設備所產生的電磁場大小，特別是頻率有關，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。

　　(2)來自係統外引線的幹擾

　　主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導幹擾。這種幹擾在我國工業現場較嚴重。

　　(3)來自電源的幹擾

　　實踐證明，因電源引入的幹擾造成PLC控制係統故障的情況很多，筆者在某工程調試中遇到過，後更換隔離性能更高的PLC電源，問題才得到解決。

　　PLC係統的正常供電電源均由電網供電。由於電網覆蓋範圍廣，將受到所有空間電磁幹擾而在線路上感應電壓和電路。尤其是電網內部的變化，入開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流轉動裝置引起的諧波、電網短路暫態衝擊等，都通過輸電線路到電源邊。PLC電源通常採用隔離電源，但其機構及制造工藝因素使其隔離性並不理想。實際上，由於分布參數特別是分布電容的存在，隔離是不可能的。

　　(4)來自信號線引入的幹擾

　　與PLC控制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，這往往被忽略；二是信號線受空間電磁輻射感應的幹擾，即信號線上的外部感應幹擾，這是很嚴重的。由信號引入幹擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對於隔離性能差的係統，還將導致信號間互相幹擾，引起共地係統總線回流，造成邏輯數據變化、誤動和死機。PLC控制係統因信號引入幹擾造成I/O模件損壞數相當嚴重，由此引起係統故障的情況也很多。

　　（5）來自接地係統混亂時的幹擾

　　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，既能抑制電磁幹擾的影響，又能抑制設備向外發出幹擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的幹擾信號，使PLC係統將無常工作。PLC控制係統的地線包括係統地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地係統混亂對PLC係統的幹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，引起地環路電流，影響係統正常工作。例如電纜屏蔽層一點接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當發生異常狀態加雷擊時，地線電流將更大。

　　此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內有會出現感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，幹擾信號回路。若係統地與其它接地處理混亂，所產生的地環流可能在地線上產生不等電位分布，影響PLC內邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓幹擾容限較低，邏輯地電位的分布幹擾容易影響PLC的邏輯運算和數據存儲，造成數據混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。

　　（6）來自PLC係統內部的幹擾

　　主要由係統內部元器件及電路間的相互電磁輻射產生，如邏輯電路

　　互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬於PLC制造廠對係統內部進行電磁兼容設計的內容，比較復雜，作為應用部門是無法改變，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應用實績或經過考驗的係統。

　　4．怎樣才能、更簡單解決PLC係統幹擾？

　　1）選用隔離性能較好的設備、選用的電源，動力線和信號線走線要更加合理等等，也能解決幹擾，但是比較煩瑣、不易操作而且成本較高

　　2）利用信號隔離器這種產品解決幹擾問題。只要在有幹擾的地方，輸入端和輸出端中間加上這種產品，就可有效解決幹擾問題。

　　5．為什麼解決PLC係統幹擾都選信號隔離器呢？

　　1）使用簡單方便、可靠，成本低廉。

　　2）可大量減輕設計人員、係統調試人員工作量，即使復雜的係統在普通的設計人員手裏，也會變的非常可靠。

　　6．信號隔離器工作原理是什麼？

　　首先將PLC接收的信號，通過半導體器件調制變換，然後通過

　　光感或磁感器件進行隔離轉換，然後再進行解調變換回隔離前原信號或不同信號，同時對隔離後信號的供電電源進行隔離處理。保證變換後的信號、電源、地之間獨立。

　　7．信號隔離器功能是什麼？

　　一：保護下級的控制回路。

　　二：消弱環境噪聲對測試電路的影響。

　　三：抑制公共接地、變頻器、電磁閥及不明脈衝對設備的幹擾；同時對下級設備具有限壓、額流的功能是變送器、儀表、變頻器、電磁閥PLC/DCS輸入輸出及通訊接口的忠實防護。標準係列導軌結構，易於安裝，可有效的隔離：輸入、輸出和電源及大地之間的電位。能夠克服變頻器噪聲及高低頻脈動幹擾。

　　8.現在市場有那麼多品牌的隔離器，價格參差不齊，該怎麼選擇呢？

　　隔離器位於二個係統通道之間，所以選擇隔離器首先要確定輸入輸出功能，同時要使隔離器輸入輸出模式（電壓型、電流型、環路供電型等）適應前後端通道接口模式。此外尚有精度﹑功耗﹑噪音﹑絕緣強度﹑總線通訊功能等許多重要參數涉及產品性能，例如：噪音與精度有關、功耗熱量與可靠性有關，這些需要使用者慎選。總之，適用、可靠、產品性價比是選擇隔離器的主要原則。