控制系統PLC的可靠性設計

(a) plc控制系統單獨接地。

(b) plc系統接地端子是抗干擾的中性端子，應與接地端子連接，其正確接地可以有效消除電源系統的共模干擾。

(c) plc系統的接地電阻應小于100ω，接地線(xiàn)至少用20mm2的專(zhuān)用接地線(xiàn)，以防止感應電的產(chǎn)生。

(d)輸入輸出信號電纜的屏蔽線(xiàn)應與接地端子端連接，且接地良好。

(2) 電源線(xiàn)、i/o線(xiàn)與動(dòng)力線(xiàn)

動(dòng)力電纜為高壓大電流線(xiàn)路，plc系統的配線(xiàn)靠近時(shí)會(huì )產(chǎn)生干擾，因此布線(xiàn)時(shí)要將plc的輸入輸出線(xiàn)與其它控制線(xiàn)分開(kāi)，不要共用一條電纜。外部布線(xiàn)時(shí)應將控制電纜、動(dòng)力電纜、輸入輸出線(xiàn)分開(kāi)且單獨布線(xiàn)，它們之間一般應保持30cm以上一定的間距。當實(shí)際情況只能允許在同一線(xiàn)槽布線(xiàn)時(shí)，應用金屬板把控制電纜、動(dòng)力電纜、輸入輸出線(xiàn)間隔開(kāi)來(lái)并屏蔽，金屬板還必須接地。隔離變壓器二次側的電源線(xiàn)要采用2mm2以上的銅芯聚氯乙烯絕緣雙絞軟線(xiàn)。經(jīng)過(guò)這樣處理的電源線(xiàn)、輸入、輸出線(xiàn)與動(dòng)力線(xiàn)就可以減少外界磁場(chǎng)及它們之間的干擾。

4.3 外圍設備干擾的抑制

(1) plc輸入與輸出端子的保護

當輸入信號源為感性元件，輸出驅動(dòng)的負載為感性元件時(shí)，對于直流電路應在它們兩端并聯(lián)續流二極管。對于交流電路，應在它們兩端并聯(lián)阻容吸收電路。采取以上措施是為了防止在電感性輸入或輸出電路斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生很高的感應電勢或浪涌電流對plc輸入、輸出端點(diǎn)及內部電源的沖擊，當plc的驅動(dòng)元件主要是電磁閥和交流接觸器線(xiàn)圈，應在plc輸出端與驅動(dòng)元件之間增加光電隔離的過(guò)零型固態(tài)繼電器ac-ssr。

(2) 輸入與輸出信號的防錯

當輸入信號源為晶體管，或是光電開(kāi)關(guān)輸出類(lèi)型時(shí)，當輸出元件為雙向晶閘管，或是晶體管輸出，而外部負載又很小時(shí)，會(huì )因為這類(lèi)輸出元件在關(guān)斷時(shí)有較大的漏電流，使輸入電路和外部負載電路不能關(guān)斷，導致輸入與輸出信號的錯誤，為此應在這類(lèi)輸入、輸出端并聯(lián)旁路電阻，以減小plc輸入電流和外部負載上的電流。

(3) 漏電流

當采用接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等dc兩線(xiàn)式傳感器輸入信號時(shí)，若漏電流較大時(shí)，應考慮由此而產(chǎn)生的誤動(dòng)作，使plc輸入信號不能關(guān)斷。一般在plc 輸入端子上接一旁路電阻以減少輸入阻抗。同樣用雙向可控硅為輸出時(shí)，為避免漏電流等原因引起輸出的元件關(guān)斷不了，也可以在輸出端并聯(lián)一旁路電阻。

(4) 浪涌電壓

在控制器觸點(diǎn)(開(kāi)關(guān)量)輸出的場(chǎng)合，不管控制器本身有無(wú)抗干擾措施，都應采用rc吸收(交流負載)或并接續流二級管(直流負載)，以吸收感性負載產(chǎn)生的浪涌電壓。

(5) 沖擊電流

用晶體管或雙向可控硅輸出模塊驅動(dòng)白熾燈之類(lèi)的有較大電源負載時(shí)，為保護輸出模塊，應在plc輸出端并接旁路電阻或與負載串聯(lián)限流電阻。

4.4 電磁干擾的抑制

根據干擾模式的不同，plc控制系統的電磁干擾分為共模干擾和差模干擾，共模干擾是信號對地的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線(xiàn)上感應的共態(tài)(同方向)電壓迭加所形成。共模電壓有時(shí)較大，特別是采用隔離性能差的配電器供電時(shí)，變送器輸出信號的共模電壓普遍較高，有的可高達 130v以上。共模電壓通過(guò)不對稱(chēng)電路可轉換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞(這就是一些plc系統i/o模件損壞率較高的主要原因)，這種共模干擾可為直流，亦可為交流。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場(chǎng)在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換成共模干擾所形成的電壓，這種電壓疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。為了保證plc控制系統在工業(yè)環(huán)境中免受或減少內外上述電磁干擾，必須采取3個(gè)方面抑制措施：抑制干擾源;切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑;提高裝置和系統的抗干擾能力。通常一般采用隔離和屏蔽的方法來(lái)實(shí)現。

4.5 安裝中的抗干擾措施

plc控制系統所處的環(huán)境對其自身抗干擾也有一定的關(guān)系，因此在安裝時(shí)應注意以下幾個(gè)方面。

(1)濾波器、隔離穩壓器應設在plc柜電源進(jìn)線(xiàn)口處，不讓干擾進(jìn)入柜內，或盡量縮短進(jìn)線(xiàn)距離。

(2) plc控制柜應盡可能遠離高壓柜、大動(dòng)力設備、高頻設備。

(3) plc控制柜要遠離繼電器之類(lèi)的電磁線(xiàn)圈和容易產(chǎn)生電弧的觸點(diǎn)。

(4)整臺plc機要遠離發(fā)熱的電氣設備或其它熱源，并置放在通風(fēng)良好的位置上。

(5) plc程控器的外部要有可靠的防水系統以防止雨水進(jìn)入，造成機器損壞。

5 軟件抗干擾措施

控制器的外部開(kāi)關(guān)量和模擬量輸入信號，由于噪聲、干擾、開(kāi)關(guān)的誤動(dòng)作、模擬信號誤差等因素的影響，不可避免會(huì )形成輸入信號的錯誤，引起程序判斷失誤，造成事故。當按鈕、開(kāi)關(guān)作為輸入信號時(shí)，則不可避免產(chǎn)生抖動(dòng);輸入信號是繼電器觸點(diǎn)，有時(shí)會(huì )產(chǎn)生瞬間跳動(dòng)，將會(huì )引起系統誤動(dòng)作。在這種情況下，可采用定時(shí)器延時(shí)來(lái)去掉抖動(dòng)，定時(shí)時(shí)間根據觸點(diǎn)抖動(dòng)情況和系統要求的響應速度而定，這樣可保證觸點(diǎn)確實(shí)穩定閉合(或斷開(kāi)后)才執行。

對于模擬信號可采用多種軟件濾波方法來(lái)提高數據的可靠性。連續采樣多次，采樣間隔根據a/d轉換時(shí)間和該信號的變化頻率而定。采樣數據先后存放在不同的數據寄存器中，經(jīng)比較后取中間值或平均值作為當前輸入值。常用的濾波方法有程序判斷濾波、中值濾波、滑動(dòng)平均值濾波、防脈沖干擾平均值濾波、算術(shù)平均值濾波、去極值平均濾波等。

(1)程序判斷濾波適用于對采樣信號因受到隨機干擾或傳感器不穩定而引起的失真進(jìn)行濾波。設計時(shí)根據經(jīng)驗確定兩次采樣允許的最大偏差，若先后兩次采樣的信號差值大于偏差，表明輸入是干擾信號，應去掉，用上次采樣值作為本次采樣值。若差值不大于偏差，則本次采樣值有效。

(2)中值濾波是連續輸入3個(gè)采樣信號，從中選擇一個(gè)中間值作為有效采樣信號。

(3)滑動(dòng)平均值濾波是將數據存儲器的一個(gè)區域(20個(gè)單元左右)作為循環(huán)隊列，每次數據采集時(shí)先去掉隊首的一個(gè)數據，再把新數據放入隊尾，然后求平均值。

(4)去極值平均濾波是連續采樣n次，求數據的累加和，同時(shí)找出其中的最大值和最小值，從累加和中減去最大值和最小值，再求(n-2)個(gè)數據的平均值作為有效的采樣值。

(5)算術(shù)平均值濾波是求連續輸入的n個(gè)采樣數據的算術(shù)平均值作為有效的信號。它不能消除明顯的脈沖干擾，只是削弱其影響。要提高效果可采用去極值平均濾波。