PLC控制系統的抗幹擾措施
日期：2017-12-08 來源：儀表網站 操作：返回列表
自動化系統中(zhōng)所使用的各種類型PLC，有的是集中(zhōng)安裝在控制室，有的是分(fēn)散安裝在生(shēng)産現場的各單機設備上，雖然它們大(dà)多處在強電(diàn)電(diàn)路和強電(diàn)設備所形成的惡劣電(diàn)磁環境中(zhōng)，但PLC是專門爲工(gōng)業生(shēng)産環境而設計的控制裝置，在設計和制造過程中(zhōng)采用了多層次抗幹擾和精選元件措施，故具有較強的适應惡劣工(gōng)業環境的能力、運行穩定性和較高的可靠性，因此一(yī)般不需要采取什麽特殊措施就可以直接在工(gōng)業環境使用，但是由于它直接和現場的I/O設備相連，外(wài)來幹擾很容易通過電(diàn)源線或I/O傳輸線侵入，從而引起控制系統的誤動作。PLC受到的幹擾可分(fēn)爲外(wài)部幹擾和内部幹擾。在實際的生(shēng)産環境下(xià)，外(wài)部幹擾是随機的，與系統結構無關，且幹擾源是無法消除的，隻能針對具體(tǐ)情況加以限制；内部幹擾與系統結構有關，主要通過系統内交流主電(diàn)路，模拟量輸入信号等引起，可合理設計系統線路來削弱和抑制内部幹擾和防止外(wài)部幹擾。要提高PLC控制系統的可靠性，就要從多方面提高系統的抗幹擾能力。
分(fēn)析硬件電(diàn)路，提出硬件抗幹擾措施
1、PLC控制系統的安裝和使用環境
PLC是專爲工(gōng)業控制設計的，一(yī)般不需要采取什麽特殊措施就可以直接在工(gōng)業環境使用。但是在PLC控制系統中(zhōng)，如果環境過于惡劣，或安裝使用不當，會降低系統的可靠性。PLC使用環境溫度通常在0℃～55℃範圍内，應避免太陽光直接照射，安裝位置應遠離(lí)發熱量大(dà)的器件，同時應保證有足夠大(dà)的散熱空間和通風條件。環境濕度一(yī)般應小(xiǎo)于85%，以保證PLC有良好的絕緣。在含有腐蝕性氣體(tǐ)、濃霧或粉塵的場合，需将PLC封閉安裝。此外(wài)，如果PLC安裝位置有強烈的振動源，系統的可靠性也會降低，所以應采取相應的減振措施。
2、PLC的電(diàn)源與接地
PLC本身的抗幹擾能力一(yī)般都很強。通常，隻能将PLC的電(diàn)源與系統的動力設備電(diàn)源分(fēn)開(kāi)配線，對于電(diàn)源線來的幹擾，一(yī)般都有足夠強的抑制能力。但是，如果遇上特殊情況，電(diàn)源幹擾特别嚴重，可加接一(yī)個帶屏蔽層的隔離(lí)變壓器以減少設備與地之間的幹擾，提高系統的可靠性。如果一(yī)個系統中(zhōng)含有擴展單元，則其電(diàn)源必須與基本單元共用一(yī)個開(kāi)關控制，也就是說，它們的上電(diàn)與斷電(diàn)必須同時進行。良好的接地是保證PLC安全可靠運行的重要條件。爲了抑制附加在電(diàn)源及輸入端、輸出端的幹擾，應給PLC接專用地線，并且接地點要與其它設備分(fēn)開(kāi)，如圖1（a）。若達不到這種要求，也可采用公共接地方式，如圖1（b）。但是禁止采用串聯接地方式，如圖1（c），因爲它會使各設備間産生(shēng)電(diàn)位差而引入幹擾。此外(wài)，接地線要足夠粗，接地電(diàn)阻要小(xiǎo)，接地點應盡可能靠近PLC。
3、PLC的輸入、輸出設備
輸入電(diàn)路是PLC接受開(kāi)關量、模拟量等輸入信号的端口，其元器件質量的優劣、接線方式及是否牢靠也是影響控制系統可靠性的重要因素。以開(kāi)關量輸入爲例，按鈕、行程開(kāi)關的觸點接觸要保持在良好狀态，接線要牢固可靠。機械限位開(kāi)關是容易産生(shēng)故障的元件，設計時，應盡量選用可靠性高的接近開(kāi)關代替機械限位開(kāi)關。此外(wài)，按鈕觸點的選擇也影響到系統的可靠性。在設計電(diàn)路時，應盡量選用可靠性高的元器件，對于模拟量輸入信号來說，常用的有4～20mA、0～20mA直流電(diàn)流信号；0～5V、0～10V直流電(diàn)壓信号，電(diàn)源爲直流24V。
對于開(kāi)關量輸出來說，PLC的輸出有繼電(diàn)器輸出、晶閘管輸出、晶體(tǐ)管輸出三種形式，具體(tǐ)選擇哪種形式的輸出應根據負載要求來決定，選擇不當會使系統可靠性降低，嚴重時導緻系統不能正常工(gōng)作。如晶閘管輸出隻能用于交流負載，晶體(tǐ)管輸出隻能用于直流負載。此外(wài)，PLC的輸出端子帶負載能力是有限的，如果超過了規定的最大(dà)限值，必須外(wài)接繼電(diàn)器或接觸器，才能正常工(gōng)作。外(wài)接繼電(diàn)器、接觸器、電(diàn)磁閥等執行元件的質量，是影響系統可靠性的重要因素。常見的故障有線圈短路、機械故障造成觸點不動或接觸不良。這一(yī)方面可以通過選用高質量的元器件來提高可靠性，另一(yī)方面，在對系統可靠性及智能化要求較高的場合，可以根據電(diàn)路中(zhōng)電(diàn)流異常的情況對輸出單元的一(yī)些重點部位進行診斷，當檢測到異常信号時，系統按程序自動轉入故障處理，從而提高系統工(gōng)作的可靠性。若PLC輸出端子接有感性元件，則應采取相應的保護措施，以保護PLC的輸出觸點。
爲了防止或減少外(wài)部配線的幹擾，交流輸入、輸出信号與直流輸入、輸出應分(fēn)别使用各自的電(diàn)纜；對于集成電(diàn)路或晶體(tǐ)管設備的輸入、輸出信号線、必須使用屏蔽電(diàn)纜，屏蔽電(diàn)纜在輸入、輸出側懸空，而在控制側接地
軟件抗幹擾措施
硬件抗幹擾措施的目的是盡可能地切斷幹擾進入控制系統，但由于幹擾存在的随機性，尤其是在工(gōng)業生(shēng)産環境下(xià)，硬件抗幹擾措施并不能将各種幹擾完全拒之門外(wài)，這時，可以發揮軟件的靈活性與硬件措施相結合來提高系統的抗幹擾能力。
1、利用"看門狗"方法對系統的運動狀态進行監控
PLC内部具有豐富的軟元件，如定時器、計數器、輔助繼電(diàn)器等，利用它們來設計一(yī)些程序，可以屏蔽輸入元件的誤
信号，防止輸出元件的誤動作。在設計應用程序時，可以利用"看門狗"方法實現對系統各組成部分(fēn)運行狀态的監控。如用PLC控制某一(yī)運動部件時，編程時可定義一(yī)個定時器作"看門狗"用，對運動部件的工(gōng)作狀态進行監視。定時器的設定值，爲運動部件所需要的最大(dà)可能時間。在發出該部件的動作指令時，同時啓動"看門狗"定時器。若運動部件在規定時間内達到指定位置，發出一(yī)個動作完成信号，使定時器清零，說明監控對象工(gōng)作正常；否則，說明監控對象工(gōng)作不正常，發出報警或停止工(gōng)作信号。
2、消抖
在振動環境中(zhōng)，行程開(kāi)關或按鈕常常會因爲抖動而發出誤信号，一(yī)般的抖動時間都比較短，針對抖動時間短的特點，可用PLC内部計時器經過一(yī)定時間的延時，得到消除抖動後的可靠有效信号，從而達到抗幹擾的目的。
3、用軟件數字濾波的方法提高輸入信号的信噪比
爲了提高輸入信号的信噪比，常采用軟件數字濾波來提高有用信号真實性。對于有大(dà)幅度随機幹擾的系統，采用程序限幅法，即連續采樣五次，若某一(yī)次采樣值遠遠大(dà)于其它幾次采樣的幅值，那麽就舍去(qù)之。對于流量、壓力、液面、位移等參數，往往會在一(yī)定範圍内頻(pín)繁波動，則采用算術平均法。即用n次采樣的平均值來代替當前值。一(yī)般認爲：流量n=12，壓力n=4最合适。對于緩慢(màn)變化信号如溫度參數，可連續三次采樣，選取居中(zhōng)的采樣值作爲有效信号。對于具有積分(fēn)器A/D轉換來說，采樣時間應取工(gōng)頻(pín)周期（20ms）的整數倍。實踐證明其抑制工(gōng)頻(pín)幹擾能力超過單純積分(fēn)器的效果。
分(fēn)析硬件電(diàn)路，提出硬件抗幹擾措施
1、PLC控制系統的安裝和使用環境
PLC是專爲工(gōng)業控制設計的，一(yī)般不需要采取什麽特殊措施就可以直接在工(gōng)業環境使用。但是在PLC控制系統中(zhōng)，如果環境過于惡劣，或安裝使用不當，會降低系統的可靠性。PLC使用環境溫度通常在0℃～55℃範圍内，應避免太陽光直接照射，安裝位置應遠離(lí)發熱量大(dà)的器件，同時應保證有足夠大(dà)的散熱空間和通風條件。環境濕度一(yī)般應小(xiǎo)于85%，以保證PLC有良好的絕緣。在含有腐蝕性氣體(tǐ)、濃霧或粉塵的場合，需将PLC封閉安裝。此外(wài)，如果PLC安裝位置有強烈的振動源，系統的可靠性也會降低，所以應采取相應的減振措施。
2、PLC的電(diàn)源與接地
PLC本身的抗幹擾能力一(yī)般都很強。通常，隻能将PLC的電(diàn)源與系統的動力設備電(diàn)源分(fēn)開(kāi)配線，對于電(diàn)源線來的幹擾，一(yī)般都有足夠強的抑制能力。但是，如果遇上特殊情況，電(diàn)源幹擾特别嚴重，可加接一(yī)個帶屏蔽層的隔離(lí)變壓器以減少設備與地之間的幹擾，提高系統的可靠性。如果一(yī)個系統中(zhōng)含有擴展單元，則其電(diàn)源必須與基本單元共用一(yī)個開(kāi)關控制，也就是說，它們的上電(diàn)與斷電(diàn)必須同時進行。良好的接地是保證PLC安全可靠運行的重要條件。爲了抑制附加在電(diàn)源及輸入端、輸出端的幹擾，應給PLC接專用地線，并且接地點要與其它設備分(fēn)開(kāi)，如圖1（a）。若達不到這種要求，也可采用公共接地方式，如圖1（b）。但是禁止采用串聯接地方式，如圖1（c），因爲它會使各設備間産生(shēng)電(diàn)位差而引入幹擾。此外(wài)，接地線要足夠粗，接地電(diàn)阻要小(xiǎo)，接地點應盡可能靠近PLC。
3、PLC的輸入、輸出設備
輸入電(diàn)路是PLC接受開(kāi)關量、模拟量等輸入信号的端口，其元器件質量的優劣、接線方式及是否牢靠也是影響控制系統可靠性的重要因素。以開(kāi)關量輸入爲例，按鈕、行程開(kāi)關的觸點接觸要保持在良好狀态，接線要牢固可靠。機械限位開(kāi)關是容易産生(shēng)故障的元件，設計時，應盡量選用可靠性高的接近開(kāi)關代替機械限位開(kāi)關。此外(wài)，按鈕觸點的選擇也影響到系統的可靠性。在設計電(diàn)路時，應盡量選用可靠性高的元器件，對于模拟量輸入信号來說，常用的有4～20mA、0～20mA直流電(diàn)流信号；0～5V、0～10V直流電(diàn)壓信号，電(diàn)源爲直流24V。
對于開(kāi)關量輸出來說，PLC的輸出有繼電(diàn)器輸出、晶閘管輸出、晶體(tǐ)管輸出三種形式，具體(tǐ)選擇哪種形式的輸出應根據負載要求來決定，選擇不當會使系統可靠性降低，嚴重時導緻系統不能正常工(gōng)作。如晶閘管輸出隻能用于交流負載，晶體(tǐ)管輸出隻能用于直流負載。此外(wài)，PLC的輸出端子帶負載能力是有限的，如果超過了規定的最大(dà)限值，必須外(wài)接繼電(diàn)器或接觸器，才能正常工(gōng)作。外(wài)接繼電(diàn)器、接觸器、電(diàn)磁閥等執行元件的質量，是影響系統可靠性的重要因素。常見的故障有線圈短路、機械故障造成觸點不動或接觸不良。這一(yī)方面可以通過選用高質量的元器件來提高可靠性，另一(yī)方面，在對系統可靠性及智能化要求較高的場合，可以根據電(diàn)路中(zhōng)電(diàn)流異常的情況對輸出單元的一(yī)些重點部位進行診斷，當檢測到異常信号時，系統按程序自動轉入故障處理，從而提高系統工(gōng)作的可靠性。若PLC輸出端子接有感性元件，則應采取相應的保護措施，以保護PLC的輸出觸點。
爲了防止或減少外(wài)部配線的幹擾，交流輸入、輸出信号與直流輸入、輸出應分(fēn)别使用各自的電(diàn)纜；對于集成電(diàn)路或晶體(tǐ)管設備的輸入、輸出信号線、必須使用屏蔽電(diàn)纜，屏蔽電(diàn)纜在輸入、輸出側懸空，而在控制側接地
軟件抗幹擾措施
硬件抗幹擾措施的目的是盡可能地切斷幹擾進入控制系統，但由于幹擾存在的随機性，尤其是在工(gōng)業生(shēng)産環境下(xià)，硬件抗幹擾措施并不能将各種幹擾完全拒之門外(wài)，這時，可以發揮軟件的靈活性與硬件措施相結合來提高系統的抗幹擾能力。
1、利用"看門狗"方法對系統的運動狀态進行監控
PLC内部具有豐富的軟元件，如定時器、計數器、輔助繼電(diàn)器等，利用它們來設計一(yī)些程序，可以屏蔽輸入元件的誤
信号，防止輸出元件的誤動作。在設計應用程序時，可以利用"看門狗"方法實現對系統各組成部分(fēn)運行狀态的監控。如用PLC控制某一(yī)運動部件時，編程時可定義一(yī)個定時器作"看門狗"用，對運動部件的工(gōng)作狀态進行監視。定時器的設定值，爲運動部件所需要的最大(dà)可能時間。在發出該部件的動作指令時，同時啓動"看門狗"定時器。若運動部件在規定時間内達到指定位置，發出一(yī)個動作完成信号，使定時器清零，說明監控對象工(gōng)作正常；否則，說明監控對象工(gōng)作不正常，發出報警或停止工(gōng)作信号。
2、消抖
在振動環境中(zhōng)，行程開(kāi)關或按鈕常常會因爲抖動而發出誤信号，一(yī)般的抖動時間都比較短，針對抖動時間短的特點，可用PLC内部計時器經過一(yī)定時間的延時，得到消除抖動後的可靠有效信号，從而達到抗幹擾的目的。
3、用軟件數字濾波的方法提高輸入信号的信噪比
爲了提高輸入信号的信噪比，常采用軟件數字濾波來提高有用信号真實性。對于有大(dà)幅度随機幹擾的系統，采用程序限幅法，即連續采樣五次，若某一(yī)次采樣值遠遠大(dà)于其它幾次采樣的幅值，那麽就舍去(qù)之。對于流量、壓力、液面、位移等參數，往往會在一(yī)定範圍内頻(pín)繁波動，則采用算術平均法。即用n次采樣的平均值來代替當前值。一(yī)般認爲：流量n=12，壓力n=4最合适。對于緩慢(màn)變化信号如溫度參數，可連續三次采樣，選取居中(zhōng)的采樣值作爲有效信号。對于具有積分(fēn)器A/D轉換來說，采樣時間應取工(gōng)頻(pín)周期（20ms）的整數倍。實踐證明其抑制工(gōng)頻(pín)幹擾能力超過單純積分(fēn)器的效果。
