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PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源有哪些呢?
發(fā)布時(shí)間:2018-10-17 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC,有的是集中安裝在控制室,有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場和各種電機(jī)設(shè)備上,它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性,設(shè)計(jì)人員只有預(yù)先了解各種干擾才能有效保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。
1、概述
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC,有的是集中安裝在控制室,有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場和各種電機(jī)設(shè)備上,它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性,設(shè)計(jì)人員只有預(yù)先了解各種干擾才能有效保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。
2、電磁干擾源及對(duì)系統(tǒng)的干擾
影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源于一般影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源一樣,大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位,這些電荷劇烈移動(dòng)的部位就是噪聲源,即干擾源。
干擾類型通常按干擾產(chǎn)生的原因、噪聲的干擾模式和噪聲的波形性質(zhì)的不同劃分。其中:按噪聲產(chǎn)生的原因不同,分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等;按噪聲的波形、性質(zhì)不同,分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等;按聲音干擾模式不同,分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號(hào)對(duì)地面的電位差,主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)線上感應(yīng)的共態(tài)(同方向)電壓送加所形成。共模電壓有時(shí)較大,特別是采用隔離性能差的電器供電室,變送器輸出信號(hào)的共模電壓普遍較高,有的可高達(dá)130V 以上。共模電壓通過不對(duì)稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓,直接影響測控信號(hào),造成元器件損壞(這就是一些系統(tǒng)I/O 模件損壞率較高的原因),這種共模干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指用于信號(hào)兩極間得干擾電壓,主要由空間電磁場在信號(hào)間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓,這種讓直接疊加在信號(hào)上,直接影響測量與控制精度。
3、PLC 控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源有哪些呢?
(1) 來自空間的輻射干擾:
空間的輻射電磁場(EMI)主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達(dá)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的,通常稱為輻射干擾,其分布極為復(fù)雜。若PLC 系統(tǒng)置于所射頻場內(nèi),就回收到輻射干擾,其影響主要通過兩條路徑;一是直接對(duì)PLC 內(nèi)部的輻射,由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾;而是對(duì)PLC 通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輻射,由通信線路的感應(yīng)引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場大小,特別是頻率有關(guān),一般通過設(shè)置屏蔽電纜和PLC 局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護(hù)。
(2) 來自系統(tǒng)外引線的干擾:
主要通過電源和信號(hào)線引入,通常稱為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場較嚴(yán)重。
(3)來自電源的干擾:
實(shí)踐證明,因電源引入的干擾造成PLC 控制系統(tǒng)故障的情況很多,筆者在某工程調(diào)試中遇到過,后更換隔離性能更高的PLC 電源,問題才得到解決。
PLC 系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣,
將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化,開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流轉(zhuǎn)動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等,都通過輸電線路到電源邊。PLC 電源通常采用隔離電源,但其機(jī)構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實(shí)際上,由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在,絕對(duì)隔離是不可能的。
(4) 來自信號(hào)線引入的干擾:
與PLC 控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)傳輸線,除了傳輸有效的各類信號(hào)之外,總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。此干擾主要有兩種途徑:一是通過變送器或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾,這往往被忽略;二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾,即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾,這是很嚴(yán)重的。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起I/O信號(hào)工作異常和測量精度大大降低,嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng),還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾,引起共地系統(tǒng)總線回流,造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)和死機(jī)。PLC 控制系統(tǒng)因信號(hào)引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當(dāng)嚴(yán)重,由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。
(5)來自接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾:
接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正確的接地,既能抑制電磁干擾的影響,又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾;而錯(cuò)誤的接地,反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào),使PLC 系統(tǒng)將無法正常工作。PLC 控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對(duì) PLC 系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均,不同接地點(diǎn)間存在地電位差,引起地環(huán)路電流,影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地,如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地,就存在地電位差,有電流流過屏蔽層,當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)加雷擊時(shí),地線電流將更大。
此外,屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路,在變化磁場的作用下,屏蔽層內(nèi)有會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流,通過屏蔽層與芯線之間的耦合,干擾信號(hào)回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂,所產(chǎn)生的地環(huán)流可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布,影響PLC 內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC 工作的邏輯電壓干擾容限較低,邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC 的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ),造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測量精度下降,引起對(duì)信號(hào)測控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作。
(6)來自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾:
主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生,如邏輯電路互輻射及其對(duì)模擬電路的影響,模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于PLC 制造廠對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)的內(nèi)容,比較復(fù)雜,作為應(yīng)用部門是無法改變,可不必過多考慮,但要選擇具有較多應(yīng)用實(shí)績或經(jīng)過考驗(yàn)的系統(tǒng)。
4、系統(tǒng)受干擾時(shí),常會(huì)遇到以下幾種主要干擾現(xiàn)象:
(1)系統(tǒng)發(fā)指令時(shí),電機(jī)無規(guī)則地轉(zhuǎn)動(dòng);
(2)信號(hào)等于零時(shí),數(shù)字顯示表數(shù)值亂跳;
(3)傳感器工作時(shí),PLC采集過來的信號(hào)與實(shí)際參數(shù)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)值不吻合,且誤差值是隨機(jī)的、無規(guī)律的;
(4)與交流伺服系統(tǒng)共用同一電源(如顯示器等)工作不正常。
5、怎樣才能更好、更簡單解決PLC系統(tǒng)干擾?
(1)理想狀態(tài)下是選用隔離性能較好的設(shè)備、選用優(yōu)良的電源、動(dòng)力線和信號(hào)線走線、電源接地要更加合理等等,但是需要不同設(shè)備廠商共同協(xié)作才能完成,很難做到,而且成本較高。
(2)利用模擬信號(hào)隔離器,有稱作信號(hào)變送器、屬于信號(hào)調(diào)理的范疇。其主要起抗干擾作用。正因?yàn)樗刑貜?qiáng)的抗干擾能力所以在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。尤其對(duì)于復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場,控制程序越來越復(fù)雜,信號(hào)隔離器對(duì)各種模擬量信號(hào)進(jìn)行輸入、輸出、電源三端隔離,的確是當(dāng)今自動(dòng)化控制系統(tǒng)中抗干擾的有效措施之一。
6、為什么解決PLC系統(tǒng)干擾首選信號(hào)隔離器呢?
(1)使用簡單方便、可靠,成本低廉,可同時(shí)解決多種干擾。
(2)可大量減輕設(shè)計(jì)人員、系統(tǒng)調(diào)試人員工作量,即使復(fù)雜的系統(tǒng)在普通的設(shè)計(jì)人員手里,也會(huì)變的非常穩(wěn)定可靠。
7、信號(hào)隔離器工作原理是什么?
首先將PLC接收的信號(hào),通過半導(dǎo)體器件調(diào)制變換,然后通過光感或磁感器件進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換,然后再進(jìn)行解調(diào)變換回隔離前原信號(hào)或不同信號(hào),同時(shí)對(duì)隔離后信號(hào)的供電電源進(jìn)行隔離處理。保證變換后的信號(hào)、電源、地之間絕對(duì)獨(dú)立。
8、現(xiàn)在市場有那么多品牌的隔離器,價(jià)格參差不齊,該怎么選擇呢?
隔離器位于二個(gè)系統(tǒng)通道之間,所以選擇隔離器首先要確定輸入輸出功能,同時(shí)要使隔離器輸入輸出模式(電壓型、電流型、環(huán)路供電型等)適應(yīng)前后端通道接口模式。此外尚有精度﹑功耗﹑噪音﹑絕緣強(qiáng)度﹑總線通訊功能等許多重要參數(shù)涉及產(chǎn)品性能,例如:噪音與精度有關(guān)、功耗熱量與可靠性有關(guān),這些需要使用者慎選??傊?,適用、可靠、產(chǎn)品性價(jià)比是選擇隔離器的主要原則。
如果你對(duì)以上的分享還不太清楚,那接下來給大家敲黑板劃重點(diǎn)(11種模擬量干擾解決辦法):
1、加1:1信號(hào)隔離器;
2、加磁環(huán);
3、PLC供電加隔離變壓器;
4、開關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)分開走;
5、模擬信號(hào)最好采用單獨(dú)屏蔽線。信號(hào)類型最好采用4-20mA;
6、模擬信號(hào)負(fù)載是電磁閥類的,最好能選1.5的線;
7、模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)不能合用同一根多芯電纜,更不能和電源線共用電纜;
8、PLC輸入輸出信號(hào)線,必須使用屏蔽電纜,在輸入輸出側(cè)懸空,而在PLC側(cè)接地;
9、信號(hào)線纜要遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源,如變頻器、大功率硅整流裝置和大型動(dòng)力設(shè)備;
10、模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)不能合用同一根多芯電纜,更不能和電源線共用電纜;
11、為了減少電子干擾對(duì)于模擬信號(hào)應(yīng)使用雙絞屏蔽電纜模擬信號(hào)電纜的屏蔽層應(yīng)該兩端接地,但是如果電纜兩端存在電位差將會(huì)在屏蔽層中產(chǎn)生等電線連接電流造成對(duì)模擬信號(hào)的干擾在這種情況下你應(yīng)該讓電纜的屏蔽層一端接地。
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