控制系統(tǒng)PLC的可靠性設(shè)計(jì)

plc控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，plc系統(tǒng)的抗干擾能力是整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。因此，分析研究plc應(yīng)用中的可靠性和抗干擾技術(shù)是十分必要的。

PLC的可靠性設(shè)計(jì) name=image_operate_28671345044051921 real_src=http://s16.sinaimg.cn/middle/669692a6tc74f6fd94e4f690 src=http://s16.sinaimg.cn/middle/669692a6tc74f6fd94e4f690 title=[轉(zhuǎn)載]控制系統(tǒng)PLC的可靠性設(shè)計(jì) />

1 引言

可編程序控制器(plc)作為新一代的工業(yè)控制器，因其具有通用性好，實(shí)用性強(qiáng)，硬件配套齊全，編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于電力、機(jī)械、紡織、電子、交通運(yùn)輸、石油化工等行業(yè)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中?？删幊炭刂破魇菍ｉT為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中廠家采取了多層次抗干擾措施，使系統(tǒng)能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強(qiáng)電設(shè)備一起工作。運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性很高，plc整機(jī)平均無(wú)故障工作時(shí)間高達(dá)幾萬(wàn)小時(shí)。隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，plc的功能也越來(lái)越強(qiáng)，使用越來(lái)越方便。但是，整機(jī)的可靠性高只是保證系統(tǒng)可靠工作的前提，還必須在設(shè)計(jì)和安裝plc系統(tǒng)過(guò)程中采取相應(yīng)的措施，才能保證系統(tǒng)可靠工作。如果plc的工作環(huán)境過(guò)于惡劣，如溫度過(guò)高、濕度過(guò)大、振動(dòng)和沖擊過(guò)強(qiáng)，以及電磁干擾嚴(yán)重或安裝使用不當(dāng)?shù)?，都?huì)直接影響plc的正常、安全、可靠的運(yùn)行，

加上外圍電路的抗干擾措施不力，而使整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性大大降低，甚至出現(xiàn)故障。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以充分的考慮，在硬件上進(jìn)行適當(dāng)配置并輔以相應(yīng)的軟件，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障的防范。plc控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，plc系統(tǒng)的抗干擾能力是整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。因此，分析研究plc應(yīng)用中的可靠性和抗干擾技術(shù)是十分必要的。要提高plc控制系統(tǒng)的可靠性，一是在硬件上采取措施;二是在軟件上設(shè)計(jì)相應(yīng)的保護(hù)程序;因此，plc控制系統(tǒng)的抗干擾非常重要。本文將主要探討plc控制系統(tǒng)中常見(jiàn)的干擾源及其防范措施。

2 干擾源

plc系統(tǒng)的干擾源根據(jù)其來(lái)源分為內(nèi)部干擾源和外部干擾源。內(nèi)部干擾源主要包括：由于元器件布局不合理造成內(nèi)部信號(hào)相互串?dāng)_;線路中存在的電容性元件引起的寄生振蕩;數(shù)字地、模擬地和系統(tǒng)地處理不當(dāng)。外部干擾源包括供電電源電壓波動(dòng)和高次諧波的干擾;開(kāi)關(guān)通斷形成的高、低頻干擾;動(dòng)力強(qiáng)電信號(hào)在系統(tǒng)中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)引起的干擾;其它設(shè)備通過(guò)電容耦合串入控制系統(tǒng)而引起的干擾等。按鈕、繼電器等工作時(shí)觸點(diǎn)間產(chǎn)生的電弧，雷擊和靜電產(chǎn)生的火花放電，接觸器線圈、斷電器線圈、電磁鐵線圈等感應(yīng)負(fù)載斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓，外界的高頻加熱器、高頻淬火設(shè)備、雜亂的無(wú)線電波信號(hào)、電源電壓的波動(dòng)等等，以上這些都是能夠使plc出現(xiàn)誤動(dòng)作的典型干擾源，以下簡(jiǎn)單介紹一下共模干擾和常模干擾。

(1) 共模干擾

電源線、輸入/輸出信號(hào)線與接地線之間所產(chǎn)生的電位差會(huì)對(duì)plc內(nèi)部回路與各線路的外部信號(hào)之間的寄生電容進(jìn)行放電，引起plc內(nèi)部回路電壓劇烈波動(dòng)，這種干擾稱為共模干擾。各導(dǎo)線上感應(yīng)電弧、高電位的感應(yīng)電壓、電波和靜電等均為共模干擾源。寄生電容的容量越小，plc內(nèi)部回路電壓波動(dòng)也越小。

(2) 常模干擾

連接在線路上的感性負(fù)載或感性電器設(shè)備產(chǎn)生的反電勢(shì)稱之為常模干擾，它主要存在于電源線和輸入、輸出線上，也叫線間干擾。

3 干擾途徑

plc控制系統(tǒng)受到干擾的主要途徑是電源線、輸入、輸出線和空中等部位。電源被干擾后，plc控制系統(tǒng)的供電質(zhì)量變差，引起plc控制失靈。輸入、輸出線被干擾后，出現(xiàn)輸入、輸出控制紊亂?？罩懈蓴_主要以電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)形式使plc的cpu出現(xiàn)誤操作。

4　硬件抗干擾措施

4.1 電源干擾的抑制

plc系統(tǒng)電源必須要與整個(gè)供電系統(tǒng)的動(dòng)力電源分開(kāi)，一般在進(jìn)入plc系統(tǒng)之間加屏蔽隔離變壓器。屏蔽隔離變壓器的次級(jí)側(cè)至plc系統(tǒng)間必須采用不小于2mm2的雙絞線。屏蔽體一般位于一、二次側(cè)兩線圈之間并與大地連接，這樣就可消除線圈間的直接耦合。另外，電源諧波比較嚴(yán)重時(shí)，可在隔離穩(wěn)壓器前面加濾波器來(lái)消除電源的大部分諧波。必要時(shí)可在供電的電源線路上接入低通濾波器，以便濾去高頻干擾信號(hào)。濾波器應(yīng)放在隔離變壓器之前，即先濾波后隔離。分離供電系統(tǒng)，將控制器、i/o通道和其它設(shè)備的供電采用各自的隔離變壓器分離開(kāi)來(lái)，也有助于抗電網(wǎng)干擾。

4.2 線間干擾的抑制

plc控制系統(tǒng)線路中有電源線、輸入/輸出線、動(dòng)力線和接地線，布線不恰當(dāng)則會(huì)造成電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)等干擾，因此必須按照特定要求布線，如盡可能的等間距，以及避免線路繞圈等。

(1) 接地線

為了安全和抑制干擾，系統(tǒng)一般要正確接地。系統(tǒng)接地方式一般有浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對(duì)plc控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。由于信號(hào)電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號(hào)交換頻率一般都低于1mhz，所以plc控制系統(tǒng)接地線采用一點(diǎn)接地和串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。集中布置的plc系統(tǒng)適于并聯(lián)一點(diǎn)接地方式，各裝置的柜體中心接地點(diǎn)以單獨(dú)的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應(yīng)采用串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。用一根大截面銅母線(或絕緣電纜)連接各裝置的柜體中心接地點(diǎn)，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于20mm2的銅導(dǎo)線，總母線使用截面大于60mm2的銅排。接地極的接地電阻小于2ω，接地極最好埋在距建筑物10～15m遠(yuǎn)處，而且plc系統(tǒng)接地點(diǎn)必須與強(qiáng)電設(shè)備接地點(diǎn)相距10m以上。信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號(hào)側(cè)接地;不接地時(shí)，應(yīng)在plc側(cè)接地;信號(hào)線中間有接頭時(shí)，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，一定要避免多點(diǎn)接地;多個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)的屏蔽雙絞線與多芯對(duì)絞總屏電纜連接時(shí)，各屏蔽層應(yīng)相互連接好，并經(jīng)絕緣處理。選擇適當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c(diǎn)接點(diǎn)。plc電源線、i/o電源線、輸入、輸出信號(hào)線，交流線、直流線都應(yīng)盡量分開(kāi)布線。開(kāi)關(guān)量信號(hào)線與模擬量信號(hào)線也應(yīng)分開(kāi)布線，而且后者應(yīng)采用屏蔽線，并且將屏蔽層接地。數(shù)字傳輸線也要采用屏蔽線，并且要將屏蔽層接地。plc系統(tǒng)最好單獨(dú)接地，也可以與其他設(shè)備公共接地，但嚴(yán)禁與其他設(shè)備串聯(lián)接地。連接接地線時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：