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PLC软硬件抗干扰解决措施,一看就懂!

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发表于 2018-2-14 12:20:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
对于自动控制系统,电磁的干扰才是最主要的干扰源,而在工业设备中干扰源大都产生在电流或电压剧烈变化的部位,即电荷剧烈移动的部位就是干扰源。电磁干扰产生的主要原因是磁电效应,然而工业生产却离不开电源,所以控制系统的抗干扰技术主要在于减弱干扰,而无法避免干扰。对于plc系统来说,分为PLC自身和外部设备,PLC的模块在设计时一般都是工业级标准,在抗干扰方面都已经做了很好的处理,除此之外,我们在PLC硬件系统的电源引入、系统接地、I/O配线和软件处理等方面必须要注意,本文主要从PLC的软件和硬件两个方面来阐述如何抗干扰。
硬件抗干扰措施
PLC硬件抗干扰我们主要从PLC系统的安装方式和使用环境、PLC系统的电源引入和系统接地、PLC系统I/O输入、输出设备三个方面来说明。
(1)PLC的电源与系统接地
PLC本身的抗干扰能力一般都很强。通常只要将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。但遇上特殊情况,电源干扰特别严重,可加隔离变压器或UPS以减少设备与地之间的干扰,提高系统的可靠性。良好的接地是保证PLC安全可靠运行的重要条件。为了抑制附加在电源及输入端、输出端的干扰,应给PLC接专用地线,并且接地点要与其它设备分开,如图1(a),若达不到这种要求,也可采用公共接地方式,如图1(b),但是禁止采用串联接地方式,如图1(c),因为它会使各设备间产生电位差而引入干扰,此外,接地线要足够粗,接地电阻要小,接地点应尽可能靠近PLC 。 0.jpg
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。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。
(2)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,会降低系统的可靠性。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,系统的可靠性也会降低,所以应采取相应的减振措施。
(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、接线方式及是否牢靠也是影响控制系统可靠性的重要因素。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,接线要牢固可靠。机械限位开关是容易产生故障的元件,设计时,应尽量选用可靠性高的接近开关代替机械限位开关。
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靠性降低,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,是影响系统可靠性的重要因素。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靠性,另一方面,在对系统可靠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靠性。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,其处理方式如图2:
1.jpg
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)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靠有效信号,从而达到抗干扰的目的。
(2)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。
(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,即连续采样多次,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,常用的PLC斜坡函数模块就可以消除采样值的瞬时突变。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,这种在软件上采用更高级的算法来弥补硬件缺陷的措施在很多应用场合还是行之有效的。


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发表于 2018-2-14 21:19:12 | 显示全部楼层
非常实用的经验之谈,工控项目必备技能

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