强化抗干扰能力 提升PLC控制系统可靠性
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自动化系统中所使用的各种类型plc，有的是集中安装在控制室，有的是分散安装在生产现场的各单机设备上，虽然它们大多处在强电电路和强电设备所形成 的恶劣电磁环境中，但PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置，在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，故具有较强的适应恶劣工业环境 的能力、运行稳定性和较高的可*性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用，但是由于它直接和现场的I/O设备相连，外来干扰很容易通 过电源线 或I/O传输线侵入，从而引起控制系统的误动作。PLC受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。在实际的生产环境下，外部干扰是随机的，与系统结构无关，且 干扰源是无法消除的，只能针对具体情况加以限制;内部干扰与系统结构有关，主要通过系统内交流主电路，模拟量输入信号等引起，可合理设计系统线路来削弱和 抑制内部干扰和防止外部干扰。要提高PLC控制系统的可*性，就要从多方面提高系统的抗干扰能力。 分析硬件电路，提出硬件抗干扰措施 1、PLC控制系统的安装和使用环境 PLC是专为工业控制设计的，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。但是在PLC控制系统中，如果环境过于恶劣，或安装使用不当，会 降低系统的可*性。PLC使用环境温度通常在0℃ ～55℃范围内，应避免太阳光直接照射，安装位置应远离发热量大的器件，同时应保证有足够大的散热空间和通风条件。环境湿度一般应小于85%，以保证 PLC有良好的绝缘。在含有腐蚀性气体、浓雾或粉尘的场合，需将PLC封闭安装。此外，如果PLC安装位置有强烈的振动源，系统的可*性也会降低，所以应 采取相应的减振措施。 2 、PLC的电源与接地 PLC本身的抗干扰能力一般都很强。通常，只能将PLC的电源与系统的动力设备电源分开配线，对于电源线来的干扰，一般都有足够强的抑制能力。但是， 如果遇上特殊情况，电源干扰特别严重，可加接一个带屏蔽层的隔离变压器以减少设备与地之间的干扰，提高系统的可*性。如果一个系统中含有扩展单元，则其电 源必须与基本单元共用一个开关控制，也就是说，它们的上电与断电必须同时进行。良好的接地是保证PLC安全可*运行的重要条件。 接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗干扰的重要措施之一。接地在消除干扰上起很大的作用。这 里的接地是指决定系统电位的地，而不是信号系统归路的接地。在PLC控制系统中有许多悬浮的金属架，它们是惧空中干扰的空中线，需要有决定电位的地线。交 流地是PLC控制系统供电所必需的，它通过变压器中心点构成供电两条回路之一。这条回路上的电流、各种谐波电流等是个严重的干扰源。因此交流地线、直流地 线、模拟地和数字地等必须分开。数字地和模拟地的共点地最好置悬浮方式。地线各点之间的电位差尽可能小，尽量加粗地线，有条件可采用环形地线。系统地端子 (LG)是抗干扰的中性端子，通常不需要接地，可是，当电磁干扰比较严重时，这个端子需与接大地的端子(GR)连接。 3 、PLC的输入、输出设备 输入电路是PLC接受开关量、模拟量等输入信号的端口，其元器件质量的优劣、接线方式及是否牢*也是影响控制系统可*性的重要因素。以开关量输入为 例，按钮、行程开关的触点接触要保持在良好状态，接线要牢固可*。机械限位开关是容易产生故障的元件，设计时，应尽量选用可*性高的接近开关代替机械限位 开关。此外，按钮触点的选择也影响到系统的可*性。在设计电路时，应尽量选用可*性高的元器件，对于模拟量输入信号来说，常用的有4～20mA、 0～20mA直流电流信号;0～5V、0～10V直流电压信号，电源为直流24V。 对于开关量输出来说，PLC的输出有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出三种形式，具体选择哪种形式的输出应根据负载要求来决定，选择不当会使系统 可*性降低，严重时导致系统不能正常工作。如晶闸管输出只能用于交流负载，晶体管输出只能用于直流负载。此外，PLC的输出端子带负载能力是有限的，如果 超过了规定的最大限值，必须外接继电器或接触器，才能正常工作。外接继电器、接触器、电磁阀等执行元件的质量，是影响系统可*性的重要因素。常见的故障有 线圈短路、机械故障造成触点不动或接触不良。这一方面可以通过选用高质量的元器件来提高可*性，另一方面，在对系统可*性及智能化要求较高的场合，可以根 据电路中电流异常的情况对输出单元的一些重点部位进行诊断，当检测到异常信号时，系统按程序自动转入故障处理，从而提高系统工作的可*性。若PLC输出端 子接有感性元件，则应采取相应的保护措施，以保护PLC的输出触点。 为了防止或减少外部配线的干扰，交流输入、输出信号与直流输入、输出应分别使用各自的电缆;对于集成电路或晶体管设备的输入、输出信号线、必须使用屏 蔽电缆，屏蔽电缆在输入、输出侧悬空，而在控制侧接地。 软件抗干扰措施 硬件抗干扰措施的目的是尽可能地切断干扰进入控制系统，但由于干扰存在的随机性，尤其是在工业生产环境下，硬件抗干扰措施并不能将各种干扰完全拒之门 外，这时，可以发挥软件的灵活性与硬件措施相结合来提高系统的抗干扰能力。 1、利用"看门狗"方法对系统的运动状态进行监控 PLC内部具有丰富的软元件，如定时器、计数器、辅助继电器等，利用它们来设计一些程序，可以屏蔽输入元件的误信号，防止输出元件的误动作。在设计应 用程序时，可以利用"看门狗"方法实现对系统各组成部分运行状态的监控。如用PLC控制某一运动部件时，编程时可定义一个定时器作"看门狗"用，对运动部 件的工作状态进行监视。定时器的设定值，为运动部件所需要的最大可能时间。在发出该部件的动作指令时，同时启动"看门狗"定时器。若运动部件在规定时间内 达到指定位置，发出一个动作完成信号，使定时器清零，说明监控对象工作正常;否则，说明监控对象工作不正常，发出报警或停止工作信号。 2 、消抖 在振动环境中，行程开关或按钮常常会因为抖动而发出误信号，一般的抖动时间都比较短，针对抖动时间短的特点，可用PLC内部计时器经过一定时间的延 时，得到消除抖动后的可*有效信号，从而达到抗干扰的目的。 3 、用软件数字滤波的方法提高输入信号的信噪比 为了提高输入信号的信噪比，常采用软件数字滤波来提高有用信号真实性。对于有大幅度随机干扰的系统，采用程序限幅法，即连续采样五次，若某一次采样值 远远大于其它几次采样的幅值，那么就舍去之。对于流量、压力、液面、位移等参数，往往会在一定范围内频繁波动，则采用算术平均法。即用n次采样的平均值来 代替当前值。一般认为：流量n= 12，压力n=4最合适。对于缓慢变化信号如温度参数，可连续三次采样，选取居中的采样值作为有效信号。对于具有积分器A/D转换来说，采样时间应取工频 周期(20ms)的整数倍。实践证明其抑制工频干扰能力超过单纯积分器的效果。 |
