全麵解析:PLC控製係統的抗幹擾措施
發布時間:2015-07-03 責任編輯:echolady
【導讀】PLC是自動化應用中常見的使用類型,通常應用於強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環境中。PLC是(shi)工(gong)業(ye)專(zhuan)用(yong)的(de)控(kong)製(zhi)裝(zhuang)置(zhi),在(zai)設(she)計(ji)和(he)製(zhi)造(zao)過(guo)程(cheng)中(zhong)采(cai)用(yong)抗(kang)幹(gan)擾(rao)措(cuo)施(shi),具(ju)有(you)極(ji)強(qiang)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)。要(yao)想(xiang)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing),必(bi)須(xu)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)。
自動化係統中所使用的各種類型PLC,youdeshijizhonganzhuangzaikongzhishi,youdeshifensananzhuangzaishengchanxianchangdegedanjishebeishang,suirantamendaduochuzaiqiangdiandianluheqiangdianshebeisuoxingchengdeeliediancihuanjingzhong,danPLC是shi專zhuan門men為wei工gong業ye生sheng產chan環huan境jing而er設she計ji的de控kong製zhi裝zhuang置zhi,在zai設she計ji和he製zhi造zao過guo程cheng中zhong采cai用yong了le多duo層ceng次ci抗kang幹gan擾rao和he精jing選xuan元yuan件jian措cuo施shi,故gu具ju有you較jiao強qiang的de適shi應ying惡e劣lie工gong業ye環huan境jing的de能neng力li、運行穩定性和較高的可靠性,因此一般不需要采取什麼特殊措施就可以直接在工業環境使用,但是由於它直接和現場的I/O設備相連,外來幹擾很容易通過電源線或I/O傳輸線侵入,從而引起控製係統的誤動作。
PLC受(shou)到(dao)的(de)幹(gan)擾(rao)可(ke)分(fen)為(wei)外(wai)部(bu)幹(gan)擾(rao)和(he)內(nei)部(bu)幹(gan)擾(rao)。在(zai)實(shi)際(ji)的(de)生(sheng)產(chan)環(huan)境(jing)下(xia),外(wai)部(bu)幹(gan)擾(rao)是(shi)隨(sui)機(ji)的(de),與(yu)係(xi)統(tong)結(jie)構(gou)無(wu)關(guan),且(qie)幹(gan)擾(rao)源(yuan)是(shi)無(wu)法(fa)消(xiao)除(chu)的(de),隻(zhi)能(neng)針(zhen)對(dui)具(ju)體(ti)情(qing)況(kuang)加(jia)以(yi)限(xian)製(zhi);內(nei)部(bu)幹(gan)擾(rao)與(yu)係(xi)統(tong)結(jie)構(gou)有(you)關(guan),主(zhu)要(yao)通(tong)過(guo)係(xi)統(tong)內(nei)交(jiao)流(liu)主(zhu)電(dian)路(lu),模(mo)擬(ni)量(liang)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)等(deng)引(yin)起(qi),可(ke)合(he)理(li)設(she)計(ji)係(xi)統(tong)線(xian)路(lu)來(lai)削(xue)弱(ruo)和(he)抑(yi)製(zhi)內(nei)部(bu)幹(gan)擾(rao)和(he)防(fang)止(zhi)外(wai)部(bu)幹(gan)擾(rao)。要(yao)提(ti)高(gao)PLC控製係統的可靠性,就要從多方麵提高係統的抗幹擾能力。
分析硬件電路,提出硬件抗幹擾措施
1、PLC控製係統的安裝和使用環境
PLC是專為工業控製設計的,一般不需要采取什麼特殊措施就可以直接在工業環境使用。但是在PLC控製係統中,如果環境過於惡劣,或安裝使用不當,會降低係統的可靠性。
PLC使用環境溫度通常在0℃~55℃範圍內,應避免太陽光直接照射,安裝位置應遠離發熱量大的器件,同時應保證有足夠大的散熱空間和通風條件。環境濕度一般應小於85%,以保證PLC有良好的絕緣。在含有腐蝕性氣體、濃霧或粉塵的場合,需將PLC封閉安裝。此外,如果PLC安裝位置有強烈的振動源,係統的可靠性也會降低,所以應采取相應的減振措施。
2、PLC的電源與接地
PLC本身的抗幹擾能力一般都很強。通常,隻能將PLCdedianyuanyuxitongdedonglishebeidianyuanfenkaipeixian,duiyudianyuanxianlaideganrao,yibandouyouzugouqiangdeyizhinengli。danshi,ruguoyushangteshuqingkuang,dianyuanganraotebieyanzhong,kejiajieyigedaipingbicengdegelibianyaqiyijianshaoshebeiyudizhijiandeganrao,tigaoxitongdekekaoxing。ruguoyigexitongzhonghanyoukuozhandanyuan,zeqidianyuanbixuyujibendanyuangongyongyige開關控製,也就是說,它們的上電與斷電必須同時進行。良好的接地是保證PLC安全可靠運行的重要條件。
接地的目的通常有兩個,其一為了安全,其二是為了抑製幹擾。完善的接地係統是PLC控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)抗(kang)幹(gan)擾(rao)的(de)重(zhong)要(yao)措(cuo)施(shi)之(zhi)一(yi)。接(jie)地(di)在(zai)消(xiao)除(chu)幹(gan)擾(rao)上(shang)起(qi)很(hen)大(da)的(de)作(zuo)用(yong)。這(zhe)裏(li)的(de)接(jie)地(di)是(shi)指(zhi)決(jue)定(ding)係(xi)統(tong)電(dian)位(wei)的(de)地(di),而(er)不(bu)是(shi)信(xin)號(hao)係(xi)統(tong)歸(gui)路(lu)的(de)接(jie)地(di)。在(zai)PLC控製係統中有許多懸浮的金屬架,它們是懼空中幹擾的空中線,需要有決定電位的地線。交流地是PLC控製係統供電所必需的,它通過變壓器中心點構成供電兩條回路之一。這條回路上的電流、各種諧波電流等是個嚴重的幹擾源。因此交流地線、直流地線、模(mo)擬(ni)地(di)和(he)數(shu)字(zi)地(di)等(deng)必(bi)須(xu)分(fen)開(kai)。數(shu)字(zi)地(di)和(he)模(mo)擬(ni)地(di)的(de)共(gong)點(dian)地(di)最(zui)好(hao)置(zhi)懸(xuan)浮(fu)方(fang)式(shi)。地(di)線(xian)各(ge)點(dian)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)位(wei)差(cha)盡(jin)可(ke)能(neng)小(xiao),盡(jin)量(liang)加(jia)粗(cu)地(di)線(xian),有(you)條(tiao)件(jian)可(ke)采(cai)用(yong)環(huan)形(xing)地(di)線(xian)。係(xi)統(tong)地(di)端(duan)子(zi)(LG)是抗幹擾的中性端子,通常不需要接地,可是,當電磁幹擾比較嚴重時,這個端子需與接大地的端子(GR)連接。
3、PLC的輸入、輸出設備
輸入電路是PLC接受開關量、模擬量等輸入信號的端口,其元器件質量的優劣、接線方式及是否牢靠也是影響控製係統可靠性的重要因素。以開關量輸入為例,按鈕、xingchengkaiguandechudianjiechuyaobaochizailianghaozhuangtai,jiexianyaolaogukekao。jixiexianweikaiguanshirongyichanshengguzhangdeyuanjian,shejishi,yingjinliangxuanyongkekaoxinggaodejiejinkaiguandaitijixiexianweikaiguan。ciwai,anniuchudiandexuanzeyeyingxiangdaoxitongdekekaoxing。zaishejidianlushi,yingjinliangxuanyongkekaoxinggaodeyuanqijian,duiyumoniliangshuruxinhaolaishuo,changyongdeyou4~20mA、0~20mA直流電流信號;0~5V、0~10V直流電壓信號,電源為直流24V.
對於開關量輸出來說,PLC的輸出有繼電器輸出、晶閘管輸出、jingtiguanshuchusanzhongxingshi,jutixuanzenazhongxingshideshuchuyinggenjufuzaiyaoqiulaijueding,xuanzebudanghuishixitongkekaoxingjiangdi,yanzhongshidaozhixitongbunengzhengchanggongzuo。rujingzhaguanshuchuzhinengyongyujiaoliufuzai,jingtiguanshuchuzhinengyongyuzhiliufuzai。ciwai,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限值,必須外接繼電器或接觸器,才能正常工作。
外接繼電器、接觸器、電磁閥等執行元件的質量,是影響係統可靠性的重要因素。常見的故障有線圈短路、機ji械xie故gu障zhang造zao成cheng觸chu點dian不bu動dong或huo接jie觸chu不bu良liang。這zhe一yi方fang麵mian可ke以yi通tong過guo選xuan用yong高gao質zhi量liang的de元yuan器qi件jian來lai提ti高gao可ke靠kao性xing,另ling一yi方fang麵mian,在zai對dui係xi統tong可ke靠kao性xing及ji智zhi能neng化hua要yao求qiu較jiao高gao的de場chang合he,可ke以yi根gen據ju電dian路lu中zhong電dian流liu異yi常chang的de情qing況kuang對dui輸shu出chu單dan元yuan的de一yi些xie重zhong點dian部bu位wei進jin行xing診zhen斷duan,當dang檢jian測ce到dao異yi常chang信xin號hao時shi,係xi統tong按an程cheng序xu自zi動dong轉zhuan入ru故gu障zhang處chu理li,從cong而er提ti高gao係xi統tong工gong作zuo的de可ke靠kao性xing。若ruoPLC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。
為了防止或減少外部配線的幹擾,交流輸入、輸出信號與直流輸入、輸出應分別使用各自的電纜;對於集成電路或晶體管設備的輸入、輸出信號線、必須使用屏蔽電纜,屏蔽電纜在輸入、輸出側懸空,而在控製側接地
軟件抗幹擾措施
硬(ying)件(jian)抗(kang)幹(gan)擾(rao)措(cuo)施(shi)的(de)目(mu)的(de)是(shi)盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)切(qie)斷(duan)幹(gan)擾(rao)進(jin)入(ru)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong),但(dan)由(you)於(yu)幹(gan)擾(rao)存(cun)在(zai)的(de)隨(sui)機(ji)性(xing),尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)工(gong)業(ye)生(sheng)產(chan)環(huan)境(jing)下(xia),硬(ying)件(jian)抗(kang)幹(gan)擾(rao)措(cuo)施(shi)並(bing)不(bu)能(neng)將(jiang)各(ge)種(zhong)幹(gan)擾(rao)完(wan)全(quan)拒(ju)之(zhi)門(men)外(wai),這(zhe)時(shi),可(ke)以(yi)發(fa)揮(hui)軟(ruan)件(jian)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)與(yu)硬(ying)件(jian)措(cuo)施(shi)相(xiang)結(jie)合(he)來(lai)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)。
1、利用"看門狗"方法對係統的運動狀態進行監控
PLC內部具有豐富的軟元件,如定時器、計數器、輔助繼電器等,利用它們來設計一些程序,可以屏蔽輸入元件的誤信號,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"方法實現對係統各組成部分運行狀態的監控。如用PLC控製某一運動部件時,編程時可定義一個定時器作"看門狗"用,對運動部件的工作狀態進行監視。定時器的設定值,為運動部件所需要的最大可能時間。在發出該部件的動作指令時,同時啟動"看門狗"定時器。若運動部件在規定時間內達到指定位置,發出一個動作完成信號,使定時器清零,說明監控對象工作正常;否則,說明監控對象工作不正常,發出報警或停止工作信號。
2、消抖
在振動環境中,行程開關或按鈕常常會因為抖動而發出誤信號,一般的抖動時間都比較短,針對抖動時間短的特點,可用PLC內部計時器經過一定時間的延時,得到消除抖動後的可靠有效信號,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號的信噪比
為(wei)了(le)提(ti)高(gao)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)的(de)信(xin)噪(zao)比(bi),常(chang)采(cai)用(yong)軟(ruan)件(jian)數(shu)字(zi)濾(lv)波(bo)來(lai)提(ti)高(gao)有(you)用(yong)信(xin)號(hao)真(zhen)實(shi)性(xing)。對(dui)於(yu)有(you)大(da)幅(fu)度(du)隨(sui)機(ji)幹(gan)擾(rao)的(de)係(xi)統(tong),采(cai)用(yong)程(cheng)序(xu)限(xian)幅(fu)法(fa),即(ji)連(lian)續(xu)采(cai)樣(yang)五(wu)次(ci),若(ruo)某(mou)一(yi)次(ci)采(cai)樣(yang)值(zhi)遠(yuan)遠(yuan)大(da)於(yu)其(qi)它(ta)幾(ji)次(ci)采(cai)樣(yang)的(de)幅(fu)值(zhi),那(na)麼(me)就(jiu)舍(she)去(qu)之(zhi)。對(dui)於(yu)流(liu)量(liang)、壓力、液麵、位移等參數,往往會在一定範圍內頻繁波動,則采用算術平均法。即用n次采樣的平均值來代替當前值。一般認為:流量n= 12,壓力n=4最合適。對於緩慢變化信號如溫度參數,可連續三次采樣,選取居中的采樣值作為有效信號。對於具有積分器A/D轉換來說,采樣時間應取工頻周期(20ms)的整數倍。實踐證明其抑製工頻幹擾能力超過單純積分器的效果。
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