控制系統PLC的可靠性設計

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

PLC的可靠性設計 name=image_operate_28671345044051921 real_src=http://s16.sinaimg.cn/middle/669692a6tc74f6fd94e4f690 src=http://s16.sinaimg.cn/middle/669692a6tc74f6fd94e4f690 title=[轉載]控制系統PLC的可靠性設計 />

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，硬件配套齊全，編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應用于電力、機械、紡織、電子、交通運輸、石油化工等行業(yè)的自動(dòng)化控制系統中?？删幊炭刂破魇菍?zhuān)門(mén)為工業(yè)控制設計的，在設計和制造過(guò)程中廠(chǎng)家采取了多層次抗干擾措施，使系統能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強電設備一起工作。運行的穩定性和可靠性很高，plc整機平均無(wú)故障工作時(shí)間高達幾萬(wàn)小時(shí)。隨著(zhù)計算技術(shù)的發(fā)展，plc的功能也越來(lái)越強，使用越來(lái)越方便。但是，整機的可靠性高只是保證系統可靠工作的前提，還必須在設計和安裝plc系統過(guò)程中采取相應的措施，才能保證系統可靠工作。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，以及電磁干擾嚴重或安裝使用不當等，都會(huì )直接影響plc的正常、安全、可靠的運行，

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

2 干擾源

plc系統的干擾源根據其來(lái)源分為內部干擾源和外部干擾源。內部干擾源主要包括：由于元器件布局不合理造成內部信號相互串擾;線(xiàn)路中存在的電容性元件引起的寄生振蕩;數字地、模擬地和系統地處理不當。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)力強電信號在系統中產(chǎn)生感應電勢引起的干擾;其它設備通過(guò)電容耦合串入控制系統而引起的干擾等。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(xiàn)圈、斷電器線(xiàn)圈、電磁鐵線(xiàn)圈等感應負載斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓，外界的高頻加熱器、高頻淬火設備、雜亂的無(wú)線(xiàn)電波信號、電源電壓的波動(dòng)等等，以上這些都是能夠使plc出現誤動(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(xiàn)、輸入/輸出信號線(xiàn)與接地線(xiàn)之間所產(chǎn)生的電位差會(huì )對plc內部回路與各線(xiàn)路的外部信號之間的寄生電容進(jìn)行放電，引起plc內部回路電壓劇烈波動(dòng)，這種干擾稱(chēng)為共模干擾。各導線(xiàn)上感應電弧、高電位的感應電壓、電波和靜電等均為共模干擾源。寄生電容的容量越小，plc內部回路電壓波動(dòng)也越小。

(2) 常模干擾

連接在線(xiàn)路上的感性負載或感性電器設備產(chǎn)生的反電勢稱(chēng)之為常模干擾，它主要存在于電源線(xiàn)和輸入、輸出線(xiàn)上，也叫線(xiàn)間干擾。

3 干擾途徑

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

4　硬件抗干擾措施

4.1 電源干擾的抑制

plc系統電源必須要與整個(gè)供電系統的動(dòng)力電源分開(kāi)，一般在進(jìn)入plc系統之間加屏蔽隔離變壓器。屏蔽隔離變壓器的次級側至plc系統間必須采用不小于2mm2的雙絞線(xiàn)。屏蔽體一般位于一、二次側兩線(xiàn)圈之間并與大地連接，這樣就可消除線(xiàn)圈間的直接耦合。另外，電源諧波比較嚴重時(shí)，可在隔離穩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(xiàn)路上接入低通濾波器，以便濾去高頻干擾信號。濾波器應放在隔離變壓器之前，即先濾波后隔離。分離供電系統，將控制器、i/o通道和其它設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(xiàn)間干擾的抑制

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

(1) 接地線(xiàn)

為了安全和抑制干擾，系統一般要正確接地。系統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plc控制系統而言，它屬高速低電平控制裝置，應采用直接接地方式。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低于1mhz，所以plc控制系統接地線(xiàn)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)以單獨的接地線(xiàn)引向接地極。如果裝置間距較大，應采用串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。用一根大截面銅母線(xiàn)(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(xiàn)直接連接接地極。接地線(xiàn)采用截面大于20mm2的銅導線(xiàn)，總母線(xiàn)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遠處，而且plc系統接地點(diǎn)必須與強電設備接地點(diǎn)相距10m以上。信號源接地時(shí)，屏蔽層應在信號側接地;不接地時(shí)，應在plc側接地;信號線(xiàn)中間有接頭時(shí)，屏蔽層應牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，一定要避免多點(diǎn)接地;多個(gè)測點(diǎn)信號的屏蔽雙絞線(xiàn)與多芯對絞總屏電纜連接時(shí)，各屏蔽層應相互連接好，并經(jīng)絕緣處理。選擇適當的接地處單點(diǎn)接點(diǎn)。plc電源線(xiàn)、i/o電源線(xiàn)、輸入、輸出信號線(xiàn)，交流線(xiàn)、直流線(xiàn)都應盡量分開(kāi)布線(xiàn)。開(kāi)關(guān)量信號線(xiàn)與模擬量信號線(xiàn)也應分開(kāi)布線(xiàn)，而且后者應采用屏蔽線(xiàn)，并且將屏蔽層接地。數字傳輸線(xiàn)也要采用屏蔽線(xiàn)，并且要將屏蔽層接地。plc系統最好單獨接地，也可以與其他設備公共接地，但嚴禁與其他設備串聯(lián)接地。連接接地線(xiàn)時(shí)，應注意以下幾點(diǎn)：