淺析PLC像鹤、DCS系統(tǒng)干擾問(wèn)題及解決方案

國(guó)際金屬加工網(wǎng)

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(lái)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)行鸵鸥，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(lèi)型PLC嘶在，有的是集中安裝在控制室垂暖，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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)境中精杜。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性穗阐，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)備的干擾源一樣澳缴，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位能莫，這些電荷劇烈移動(dòng)的部位就是噪聲源，即干擾源烧晤。
　　干擾類(lèi)型通常按干擾產(chǎn)生的原因妇愉、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)生的原因不同愈樱，分為放電噪聲芳企、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等初之；按噪聲的波形造过、性質(zhì)不同，分為持續(xù)噪聲扎唾、偶發(fā)噪聲等召川；按聲音干擾模式不同南缓，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(lèi)方法荧呐。共模干擾是信號(hào)對(duì)地面的電位差汉形，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)線(xiàn)上感應(yīng)的共態(tài)（同方向）電壓送加所形成倍阐。共模電壓有時(shí)較大概疆，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峰搪，有的可高達(dá)130V 以上届案。共模電壓通過(guò)不對(duì)稱(chēng)電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測(cè)控信號(hào)罢艾，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）楣颠，這種共模干擾可為直流、亦可為交流咐蚯。差模干擾是指用于信號(hào)兩極間得干擾電壓拯拓，主要由空間電磁場(chǎng)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)上须涣，直接影響測(cè)量與控制精度涌咪。

3. PLC 控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來(lái)源有哪些呢？

(1) 來(lái)自空間的輻射干擾

　　空間的輻射電磁場(chǎng)（EMI）主要是由電力網(wǎng)絡(luò)盐腻、電氣設(shè)備的暫態(tài)過(guò)程降乔、雷電、無(wú)線(xiàn)電廣播揽券、電視讨楔、雷達(dá)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的豆牺，通常稱(chēng)為輻射干擾玻市，其分布極為復(fù)雜。若PLC 系統(tǒng)置于所射頻場(chǎng)內(nèi)翎桨，就回收到輻射干擾父独，其影響主要通過(guò)兩條路徑；一是直接對(duì)PLC 內(nèi)部的輻射茫叭，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾酬屉；而是對(duì)PLC 通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線(xiàn)路的感應(yīng)引入干擾揍愁。輻射干擾與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)大小呐萨，特別是頻率有關(guān)，一般通過(guò)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)吗垮。

(2) 來(lái)自系統(tǒng)外引線(xiàn)的干擾主要通過(guò)電源和信號(hào)線(xiàn)引入垛吗，通常稱(chēng)為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在我國(guó)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較嚴(yán)重烁登。

(3)來(lái)自電源的干擾

　　實(shí)踐證明怯屉，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(guò)饵沧，后更換隔離性能更高的PLC 電源锨络，問(wèn)題才得到解決。PLC 系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電狼牺。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣羡儿，將受到所有空間電磁干擾而在線(xiàn)路上感應(yīng)電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化是钥，開(kāi)關(guān)操作浪涌姥购、大型電力設(shè)備起停、交直流轉(zhuǎn)動(dòng)裝置引起的諧波幅类、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等概给，都通過(guò)輸電線(xiàn)路到電源邊。PLC 電源通常采用隔離電源姨桩，但其機(jī)構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想跛庶。實(shí)際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在戚促，絕對(duì)隔離是不可能的质凰。

(4 ) 來(lái)自信號(hào)線(xiàn)引入的干擾

　　與PLC 控制系統(tǒng)連接的各類(lèi)信號(hào)傳輸線(xiàn)，除了傳輸有效的各類(lèi)信號(hào)之外睡誉，總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入畏琢。此干擾主要有兩種途徑：一是通過(guò)變送器或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽略伤很；二是信號(hào)線(xiàn)受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾伐怀，即信號(hào)線(xiàn)上的外部感應(yīng)干擾，這是很?chē)?yán)重的绎狭。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起I/O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低细溅，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)儡嘶，還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾喇聊，引起共地系統(tǒng)總線(xiàn)回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化蹦狂、誤動(dòng)和死機(jī)誓篱。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)故障的情況也很多凯楔。

（5）來(lái)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）的有效手段之一窜骄。正確的接地锦募，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾邻遏；而錯(cuò)誤的接地糠亩，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使PLC 系統(tǒng)將無(wú)法正常工作准验。PLC 控制系統(tǒng)的地線(xiàn)包括系統(tǒng)地赎线、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等躏叽。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)電位分布不均徽橄，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流淹佃，影響系統(tǒng)正常工作遂遂。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端A旁囤、B都接地融卿，就存在地電位差，有電流流過(guò)屏蔽層慎接，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)加雷擊時(shí)油蒙，地線(xiàn)電流將更大。
此外药妄，屏蔽層保地、接地線(xiàn)和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場(chǎng)的作用下刀昼，屏蔽層內(nèi)有會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流嗓奢，通過(guò)屏蔽層與芯線(xiàn)之間的耦合，干擾信號(hào)回路浑厚。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂股耽，所產(chǎn)生的地環(huán)流可能在地線(xiàn)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钳幅。PLC 工作的邏輯電壓干擾容限較低物蝙，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)混亂敢艰、程序跑飛或死機(jī)诬乞。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測(cè)量精度下降，引起對(duì)信號(hào)測(cè)控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作钠导。

（6）來(lái)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)生震嫉，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(chǎng)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)的內(nèi)容票堵，比較復(fù)雜扼睬，作為應(yīng)用部門(mén)是無(wú)法改變，可不必過(guò)多考慮悴势，但要選擇具有較多應(yīng)用實(shí)績(jī)或經(jīng)過(guò)考驗(yàn)的系統(tǒng)补搅。

4．怎樣才能更好、更簡(jiǎn)單解決PLC系統(tǒng)干擾歪眨？

1）選用隔離性能較好的設(shè)備众被、選用優(yōu)良的電源简些、動(dòng)力線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)走線(xiàn)要更加合理等等蛉增，能解決干擾，但是比較煩瑣篱撩、不易操作而且成本較高践寄。

2）利用信號(hào)隔離器這種產(chǎn)品解決干擾問(wèn)題。只要在有干擾的地方缓鞠，輸入端和輸出端中間加上這種產(chǎn)品檩渐，就可有效解決干擾問(wèn)題。

5．為什么解決PLC系統(tǒng)干擾首選信號(hào)隔離器呢业抵？

1）使用簡(jiǎn)單方便剃拇、可靠，成本低廉厦碎。

2）可大量減輕設(shè)計(jì)人員害淤、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)人員手里拓售，也會(huì)變的非常簡(jiǎn)單可靠窥摄。

6．信號(hào)隔離器工作原理是什么？

　　首先將PLC接收的信號(hào)础淤，通過(guò)半導(dǎo)體器件調(diào)制變換崭放，然后通過(guò)
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)鸽凶，同時(shí)對(duì)隔離后信號(hào)的供電電源進(jìn)行隔離處理币砂。保證變換后的信號(hào)、電源玻侥、地之間絕對(duì)獨(dú)立道伟。

7. 現(xiàn)在市場(chǎng)有那么多品牌的隔離器，價(jià)格參差不齊使碾，該怎么選擇呢蜜徽？
　
　　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票摇，同時(shí)要使隔離器輸入輸出模式（電壓型拘鞋、電流型窜旺、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(xiàn)通訊功能等許多重要參數(shù)涉及產(chǎn)品性能驶闰，例如：噪音與精度有關(guān)杏紫、功耗熱量與可靠性有關(guān)，這些需要使用者慎選阔垢∩暾幔總之，適用挨奶、可靠些玖、產(chǎn)品性?xún)r(jià)比是選擇隔離器的主要原則。

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