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PLC控制系统软硬件的抗干扰设计

2017-8-8 13:36| 发布者: admin| 查看: 385| 评论: 0

摘要: 本文作者通过实践中的研究,找出了PLC运行过程中的干扰因素,并且从全方面考虑,运用硬件和软件并行的措施来加强PLC控制系统抗干扰的能力,有效降低了PLC控制系统出故障的几率,增强了PLC控制系统的抗干扰能力。

    plc控制系统的抗干扰能力与系统运行的稳定性有很大关系,本文首先对干扰因素进行分析,确定了干扰因素主要有空间辐射,系统本身的干扰和系统外部的干扰,并且根据这些干扰因素,提出了具有针对性的建议,从硬件和软件两部分内容上进行抗干扰,硬件抗干扰主要是阻断干扰源,对干扰源进行控制,但是硬件抗干扰并不能完全阻断干扰,因此又研究了软件抗干扰,将硬件抗干扰与软件抗干扰进行结合,就可以有效的应对干扰,实现PLC的稳定运行。

    随着PLC控制系统的广泛使用和相应技术的不断提升,PLC控制系统的技术越来越复雜,受到的干扰越来越多,需要防控的干扰也越来越多,PLC控制系统的抗干扰能力对整个系统的安全稳定运行起着非常重要的作用。本文作者通过实践中的研究,找出了PLC运行过程中的干扰因素,并且从全方面考虑,运用硬件和软件并行的措施来加强PLC控制系统抗干扰的能力,有效降低了PLC控制系统出故障的几率,增强了PLC控制系统的抗干扰能力,有利于PLC控制系统安全稳定的运行,在广泛的应用中,取得了良好的经济效益。
    1、干扰PLC控制系统的因素分析
    1.1 辐射干扰
    通过空间以电磁波形式传播的电磁干扰称为辐射干扰,是由高频感应设备、电力网络、大型整流变压变频设备、无线电广播、雷达、雷电、电视等运行产生的。如果PLC控制系统处在辐射中,则它的数据线、电源线和信号线都会转变为天线,因此受到辐射的干扰。这其中,主要是两个路径,一是对PLC内部电路感应的辐射干扰,二是对PLC网络通讯线路的辐射干扰。
    1.2 系统本身的干扰
    PLC系统本身也会产生干扰,这主要是由于系统中各电路和元器件的辐射所产生的,如元器件之间不匹配、信号之间相互影响、逻辑电路之间有辐射等,在使用过程中系统本身的干扰不能消除,但是在系统选择上要尽量选择经过多重实验检验的PLC控制系统。
    1.3 外部干扰
    首先是电源干扰,这又分为三个层面:一是PLC控制系统中大型设备的启用和关停造成的欠电压和过电压等;二是电网短路造成的冲击、工业电网大型设备启动或者停止、交直流传动装置所引起的谐波等;三是SCR、IGBT、GTO等运行期间产生的高次谐波、寄生振荡、噪声等,这些都会对PLC造成干扰,产生很大的危害。其次是信号传输干扰,PLC各类信号输出线,在信息传输过程中,受空间辐射干扰,或者通过公用信号或者变送器进行干扰,这些被称作是容性耦合干扰和感性耦合干扰。最后是接地系统的干扰。PLC系统的地线包括模拟地、数字地、直流地、保护地、屏蔽地、信号地等,接地良好可以保证PLC的可靠运行,接地的混乱可能造成电位分布不均匀和电位差的存在而引起干扰,这会影响PLC的正常稳定运行。
    2、硬件抗干扰的措施
    2.1 空间电磁辐射抗干扰
    PLC的电磁辐射干扰分为差模干扰和共模干扰,滤波元件是差模干扰的主要抑制器,让一只滤波电容接在两根电源线上,可以形成简单的滤波电路,这能够有效的起到抗干扰的作用,此外,采用屏蔽和隔离的方式也能够很好地抗击干扰;对于抑制共模干扰,最简单的办法就是在信号线上加装一个共模扼流圈,就能起到很好的抑制效果。
    2.2 高性能的电源
    PLC干扰中有70%的干扰是从电源耦合中进入系统的,因此选择高性能的电源可以有效地进行抗干扰。首先,可以将直流传感器电源接地,然后选用隔离性质的电源,在一次侧和二次侧分别加装屏蔽层,注意要将屏蔽层接地,并且,为了防止再次出现共模干扰,可以将输入线和输出线都采用双绞线。实践中运用此方法进行多层抗干扰,则效果非常好。(http://www.diangon.com/版权所有)其次,要选用具有较强抗干扰能力的滤波器,可以防止系统本身存在较大的辐射干扰,若存在严重干扰的时候,可以将滤波器接入电源之后,通过隔离变压器来抗干扰。再次,可以运用隔离供电的方式,将PLC设备、I/O设备等分别由自己的供电设备供电,与總电路分开。也可以选择不同的配电器与变送器分别与控制系统相连,进行多次隔离,加强抗干扰效果,最后,为了供电的可靠,可以选用在线式不间断供电来阻断干扰,实现电源方面干扰的隔离和减弱。
    2.3 I/O信号抗干扰
    这分为四个方面的内容:其一,当输入为感性元件时,闭合触点会有电弧产生,断开触点则会出现反电势,直流电路可以通过并联二极管解决问题,交流电路可以通过并联RC解决问题;其二,输出为感性负载时,交流负载中,可以通过在负载两侧并联RC浪涌吸收装置或者是压敏电阻来抗干扰,压敏电阻的额定电压值应该在电源电压最大值的1.3倍以上,在进行RC串联后,RC应该靠近负载,直流负载中,可以让继电器线圈触头与联续流二极管并联解决问题;其三,长线传输中的光耦浮置的处理,在较长的线路中,运用两极光电耦合,将线路浮置,切断环路,可以解决阻抗匹配问题,并且还可以消除噪声电压和保护系统,如图1所示;其四,I/O信号漏电处理,当信号源时,为了降低外部负载电流和输入电流,减少阻抗,可以通过在输入输出端口处并联旁路电阻。


    2.4 外部配线
    PLC的稳定可靠运行与外部配线如何设计也有很大的关系,尤其是距离较远间的传送,运用屏蔽线和双绞线是有效的抗干扰方法。屏蔽线对磁场干扰的屏蔽和电场干扰的屏蔽都有很明显的效果。双绞线两个相邻的节点在同一个导体上会产生相反的电动势,可以很好地抗干扰。
    2.5 完善接地系统
    一个好的接地系统可以保证PLC的安全高效运行,还可以抑制外来干扰,并且还能够减少PLC对外界释放二次污染。系统接地方式可以分为浮地式接地、电容式接地和直接接地,PLC控制系统中选择直接接地。
    3、软件抗干扰措施
    硬件抗干扰措施在很大程度上抑制了干扰,但是很少有消除的时候,因此还需要在软件上去努力,消除干扰。
    3.1 消除“抖动”干扰
    元件在接通时,有时会因为接触的时断时续而产生错误的信号,通常来讲,在用普通的输出法时,如果输入的数据发生抖动时,输出的数据同样会发生抖动,这时,在算法中加入一个定时器,将输出延时,让输入的触点接通时长大于延时的时间,则干扰会被过滤掉,不会对输出有影响。
    3.2 互锁程序保护
    为了进一步提升PLC控制系统的稳定性与安全性,只有软件互锁是不够的,应该在硬件与软件中加入互锁功能,当触点烧死,接触器线圈失电,辅助触点在物理上并没有断开,就会造成三线电源短路。但是在PLC接线过程中,在硬件和软件中同时加入互锁功能,能够保证正反接触器不会在同一时间接通,即不会同时存在电压,避免发生三相短路事故。
    3.3 数字滤波
    数字滤波的运用能够有效的降低信号的信噪比,模拟信号经过转换后,可以存在不同的数据寄存器当中,利用数字滤波将干扰信号过滤掉,留下有效的信号。常用的数字滤波方式有滑动平均值滤波(递推平均滤波法)、防脉冲干扰均值滤波(中位值平均滤波法)、程序判断滤波(限幅滤波法)、算数平均值滤波和中值滤波等。
    3.4 软件容错
    干扰信号较多,I/O长距离传输信号、现场辐射较强等多种原因都会引起I/O信号输出产生错误,运用容错技术能够在信号出现错误时,及时进行改正补救,保证PLC控制系统正常可靠运行。软件容错主要包括三个方面的内容:一是软件延时,对于控制、开关量、检测信号这类易抖动的应该加装延时器,对同一信号进行多次读取,可以有效消除干扰;二是对死循环处理,在程序死循环时,要分清是主故障还是次故障,再对其进行处理;三是程序修复技术,在程序运行过程中,若出现故障,可以重复行使指令,若执行多次之后成功,这说明之前存在干扰,现已被消除,若依然没成功,则可能程序本身存在错误。

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