plc控制系統(tǒng)的電磁干擾來源和抗干擾設計

plc控制系統(tǒng)的電磁干擾來源和抗干擾設計

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1、PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾來源和抗干擾設計隨著工業(yè)設備自動化控制技術的發(fā)展,可編程控制器(PLC)在工業(yè)設備控制中的應用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行,系統(tǒng)的抗干擾能力是關系到整個系統(tǒng)可靠運行的關鍵。本文詳細介紹了影響PLC運行的干擾類型及來源,并提出抗干擾設計的實施策略。???自動化系統(tǒng)所使用的各種類型PLC中,有的是集中安裝在控制室,有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)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(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性,一方面要求PLC生產(chǎn)廠家提高設備的抗干擾能力,另一方面要求應用部門在工程設計、安裝施工和使用維護中

2、引起高度重視,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。1.電磁干擾類型及其影響???影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設備的干擾源一樣,大都產(chǎn)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干擾源。???干擾類型通常按干擾產(chǎn)生的原因、噪聲干擾模式和噪聲波形性質(zhì)來劃分。按噪聲產(chǎn)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(zhì)不同,可分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等;按噪聲干擾模式不同,分為共模干擾和差模干擾。???共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號對地的電位差,主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共

3、態(tài)(同方向)電壓迭加所形成。共模電壓有時較大,特別是采用隔離性能差的配電器供電時,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(zhuǎn)換成差模電壓,影響測控信號,造成元器件損壞(這就是一些系統(tǒng)I/O模件損壞率較高的主要原因),這種共模干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓,主要由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的,這種干擾疊加在信號上,直接影響測量與控制精度。2.電磁干擾的主要來源2.1來自空間的輻射干擾???空間輻射電磁場(EMI)主要是由電力網(wǎng)絡、電氣設備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高

4、頻感應加熱設備等產(chǎn)生的,通常稱為輻射干擾,其分布極為復雜。若PLC系統(tǒng)置于其射頻場內(nèi),就會受到輻射干擾,其影響主要通過兩條路徑:一是直接對PLC內(nèi)部的輻射,由電路感應產(chǎn)生干擾;二是對PLC通信網(wǎng)絡的輻射,由通信線路感應引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設備布置及設備所產(chǎn)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2.2來自系統(tǒng)外引線的干擾???主要通過電源和信號線引入,通常稱為傳導干擾。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場較為嚴重,主要有下面三類:???第一類是來自電源的干擾。實踐證明,因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多,筆者在某工程調(diào)試中遇到過,后更

5、換隔離性能更高的PLC電源問題才得到解決。???PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(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電壓和電流,尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化、開關操作浪涌、大型電力設備起停、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。PLC電源通常采用隔離電源,但因其機構及制造工藝等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。???第二類是來自信號線引入的干擾。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

6、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的干擾,即信號線上的外部感應干擾,這種往往非常嚴重。???由信號引入的干擾會引起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。對于隔離性能差的系統(tǒng),還將導致信號間互相干擾,引起共地系統(tǒng)總線回流,造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機。PLC控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當嚴重,由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。???第三類是來自接地系統(tǒng)混亂的干擾。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干擾的影響,又能抑制設備向外發(fā)出干擾;而錯誤的接地反而會引入嚴重的干擾

7、信號,使PLC系統(tǒng)無法正常工作。???PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等,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。例如電纜屏蔽層必須一點接地,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(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時,地線電流將更大。???此外,屏蔽層、接地線和大地可能構成閉合環(huán)路,在變化磁場的作用下,屏蔽層內(nèi)會出現(xiàn)感應電流,通過

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