plc現場(chǎng)干擾問(wèn)題淺析

一道:必須知道引起PLC現場(chǎng)干擾的源頭。所謂治病先治本，找出問(wèn)題所在，才能提出解決問(wèn)題的辦法。

二天:信號線(xiàn)、通訊線(xiàn)等線(xiàn)的品質(zhì)及布線(xiàn)方法是工程中兩個(gè)關(guān)健要素，若選材不當、布線(xiàn)凌亂會(huì )出現各種各樣不可預測情況，使系統調試無(wú)法運行，解決問(wèn)題相當困難，有時(shí)要換線(xiàn)，有時(shí)線(xiàn)路要重布，在施工現場(chǎng)重做這些困難重重。是為先天不足、后天困難。

三地:現場(chǎng)對信號線(xiàn)干擾，產(chǎn)生數值漂移、不穩定、亂動(dòng)作、損耗等等現象均與接地有關(guān)。在系統工程中接地處理不好，直接影響到系統穩定性及可靠性。所以接地問(wèn)題至關(guān)重要。

四將(設計):自動(dòng)化工程需要專(zhuān)業(yè)的知識，豐富的經(jīng)驗。一個(gè)好的設計、好的施工，后面調試才能順利進(jìn)行，而這些都需要專(zhuān)業(yè)的知識和經(jīng)驗的累積。

五法(技術(shù)):一個(gè)自動(dòng)化系統工程包括儀表、現場(chǎng)、PLC、通訊及上位組態(tài)，各個(gè)部分都關(guān)系到系統的成功與否，缺一不可

一道--基本原理

現場(chǎng)引起干擾的原因很多，要解決干擾問(wèn)題，須先找出引起干擾的原因，再針對問(wèn)題進(jìn)行解決。有些干擾可以事后想補求辦法，有些干擾事后解決就會(huì )非常麻煩。象布線(xiàn)一般在施工時(shí)就有要求，否則在現場(chǎng)重新布線(xiàn)存在很大的困難，有時(shí)候根本就不允許。

引起干擾的原因基本上是電流改變產(chǎn)生磁場(chǎng)，對設備產(chǎn)生電磁輻射;磁場(chǎng)改變產(chǎn)生電流，電磁高速產(chǎn)生電磁波。在現場(chǎng)有四種情況可以引起這樣的變化：

1、強電干擾：

儀表信號、PLC控制信號都為弱電，易受強電干擾。所以要求在柜外布線(xiàn)時(shí)(在電纜溝、電纜橋架、穿管等敷設方式)，將通訊線(xiàn)、信號線(xiàn)、控制線(xiàn)等弱電信號遠離強電，間距不得少于20CM。電纜溝多層時(shí)，要求弱電電纜敷設在強電電纜下方。

2、柜內干擾：

PLC不能和高壓電器安裝在同一個(gè)開(kāi)關(guān)柜內，PLC的輸出采用中間繼電器實(shí)現對外部開(kāi)關(guān)量信號的隔離。如果現場(chǎng)條件限制，輸入信號不能和強電電纜有效的隔離，可用小型繼電器來(lái)隔離輸入端的開(kāi)關(guān)量信號。當然PLC來(lái)自控制柜內的輸入信號和距控制柜不遠的輸入信號一般沒(méi)有必要用繼電器隔離。

控制柜內的有很多信號線(xiàn)。如走線(xiàn)混亂，會(huì )引起設備誤動(dòng)作，檢查起來(lái)卻相當麻煩。所以在控制柜設計時(shí)應考慮到這種情況，設備分層罷放，走線(xiàn)清晰。成套時(shí)，將PLC的IO線(xiàn)和大功率線(xiàn)分開(kāi)走線(xiàn)，如必須在同一線(xiàn)槽內，分開(kāi)捆扎交流線(xiàn)、直流線(xiàn)，如條件允許，分槽走線(xiàn)最好，并使其有盡可能大的空間距離，力求將干擾降到最低限度。

不同的信號線(xiàn)最好不用同一個(gè)插接件轉接，如必須用同一個(gè)插接件，要用備用端子或地線(xiàn)端子將它們分隔開(kāi)，以減少相互干擾。

PLC不能和高壓電器安裝在同一個(gè)開(kāi)關(guān)柜內，在柜內PLC應遠離動(dòng)力線(xiàn)(二者之間距離應大于200mm)。與PLC裝在同一個(gè)柜子內的電感性負載，如繼電器、接觸器的線(xiàn)圈，應并聯(lián)RC消弧電路。

3、信號線(xiàn)的抗干擾

信號線(xiàn)承擔著(zhù)檢測信號和控制信號的傳輸任務(wù)，傳輸質(zhì)量直接影響到整個(gè)控制系統的準確性、穩定性和可靠性。對信號線(xiàn)的干擾主要是來(lái)自空間的電磁輻射，有差模干擾和共模干擾兩種。

差模干擾是指疊加在測量信號線(xiàn)上的干擾信號，這種干擾大多是頻率較高的交變信號，其來(lái)源一般是耦合干擾。抑制常態(tài)干擾的方法有：

在輸入回路接RC濾波器或雙T濾波器;盡量采用雙積分式A/D轉換器，由于這種積分器工作的特點(diǎn)，具有一定的消除高頻干擾的作用;

將電壓信號轉換成電流信號再傳輸。

共模干擾是指信號線(xiàn)上共有的干擾信號，一般是由被測信號的接地端與控制系統的接地端存在一定的電位差引起的，這種干擾在兩條信號線(xiàn)上的周期、幅值基本相等情況下，采用上面的方法無(wú)法消除或抑制。方法如下：

采用雙差分輸入的差動(dòng)放大器，這種放大器具有很高的共模抑制比;

輸入線(xiàn)采用絞合線(xiàn)，絞合線(xiàn)能降低共模干擾，其感應互相抵消;

采用光電隔離的方法，可以消除共模干擾;

使用屏蔽線(xiàn)，并單邊接地;

為避免信號失真，對于較長(cháng)距離傳輸的信號要注意阻抗匹配。

4、變頻器干擾

一是變頻器啟動(dòng)及運行過(guò)程中產(chǎn)生諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生傳導干擾，引起電網(wǎng)電壓畸變，影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量;二是變頻器的輸出會(huì )產(chǎn)生較強的電磁輻射干擾，影響周邊設備的正常工作。

變頻器的干擾處理比較麻煩，一般有下面幾種：

A、 加隔離變壓器。主要是針對來(lái)自電源的傳導干擾?？梢詫⒔^大部分的傳導干擾阻隔在隔離變壓器之前。同時(shí)還兼有電源電壓變換的作用。

B、使用濾波器

濾波器分有源和無(wú)源兩種，一般采用無(wú)源濾波即會(huì )有效果。這些濾波器具有較強的抗干擾能力，還具有防止將設備本身的干擾傳導給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。

C、輸出電抗器

在變頻器到電動(dòng)機之間增加交流電抗器主要是減少變頻器輸出在能量傳輸過(guò)程中線(xiàn)路產(chǎn)生電磁輻射，影響其它設備正常工作。電抗器必須裝在距離變頻器最近的地方。如果使用鎧裝電纜作為變頻器與電動(dòng)機的連線(xiàn)時(shí)，可不使用這種方法。但電纜的鎧要在變頻器端可靠接地，接地的鎧要原樣不動(dòng)，不能鈕成繩或辨，不能用其它導線(xiàn)延長(cháng)，變頻器側要接在變頻器的地線(xiàn)端子上，再將變頻器接地。

4.通訊干擾：最好用隔離通訊方式或用巨騰的串口轉光纖環(huán)模塊。

二線(xiàn)(先天良后天足)

1、線(xiàn)材必須對

開(kāi)關(guān)量信號(如按鈕、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等提供的信號)一般對電纜無(wú)特殊要求，可選用一般的電纜，信號傳輸距離遠時(shí)，可選用屏蔽電纜。

模擬信號和高速信號線(xiàn)(如脈沖傳感器、計數碼盤(pán)等提供的信號)應選擇屏蔽電纜。

通訊電纜要求可靠性高，有的通信電纜的信號頻率很高，一般應選擇PLC生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的專(zhuān)用電纜，在要求不高或信號頻率較低時(shí)，也可以選用帶屏蔽的雙絞線(xiàn)電纜，但品質(zhì)要好。

2、管路布線(xiàn)須正確

將通訊線(xiàn)、信號線(xiàn)、控制線(xiàn)等弱電信號遠離強電，間距不得少于20CM。電源電壓220V以上、電流10A以上的電源電纜與信號電纜之間的距離應該大于60CM。

隔離強電或遠離高頻干擾源(如大功率可控硅裝置、變頻器、高頻焊機和大型動(dòng)力線(xiàn))。

在現場(chǎng)按如上處理后如仍無(wú)法解決干擾，在管線(xiàn)上套用用金屬管或金屬網(wǎng)。

三地

1、安全地或電源接地;

將電源線(xiàn)接地端和柜體連線(xiàn)接地為安全接地。如電源漏電或柜體帶電，可從安全接地導入地下，不會(huì )對人造成傷害。

2、系統接地或主地

如圖所示，PLC控制器為了與所控的各個(gè)設備同電位而接地，叫系統接地。接地電阻值不得大于4Ω。

如圖所示，一般需將PLC設備系統地和控制柜內開(kāi)關(guān)電源負端接在一起，為控制系統地。ANCO公司的OPEN_PLC系統地為電源模塊上GND端。

上圖為控制柜和信號線(xiàn)的接地示意圖。一般要求信號線(xiàn)必須要有唯一的參考地，屏蔽電纜遇到有可能產(chǎn)生傳導干擾的場(chǎng)合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地環(huán)路”。

3、信號與屏蔽接地

1) 信號線(xiàn)接地

開(kāi)關(guān)量信號不需要接地。模塊量信號要做接地處理。如下所圖，對各種線(xiàn)制的接地都有說(shuō)明。

a, 2線(xiàn)制傳送器信號，采用電源接地

b, 3線(xiàn)式傳送器最好加隔離或采用隔離輸入模塊

c, 4線(xiàn)式傳送器最好在傳送端接地。若非要在接收端接地，切記傳送端要懸空。

2)屏蔽地接地只能單點(diǎn)接地(若高頻則兩端接地，一般模擬信號傳輸以防干擾為主，不宜兩端接地)

3)通訊接地

如果485通訊為非隔離，每一個(gè)節點(diǎn)的電源(5V，GND)的GND必須接地。485通訊采用隔離，如下圖所示;單點(diǎn)接地通訊全更穩定。 通訊線(xiàn)使用屏蔽雙絞線(xiàn)，所以對屏蔽線(xiàn)要進(jìn)行接地-單點(diǎn)接地通訊線(xiàn)使用屏蔽雙絞線(xiàn)，所以對屏蔽線(xiàn)要進(jìn)行接地-單點(diǎn)接地現場(chǎng)情況錯蹤復雜，會(huì )對信號線(xiàn)產(chǎn)生各種干擾，如何用簡(jiǎn)單的測試設備來(lái)判斷是否存在干擾?步驟如下：

1) 用萬(wàn)用表AC檔檢測接收端 ?

?，如受干擾會(huì )產(chǎn)生交流信號。如果這個(gè)信號不大，則對信號采集影響很小，幾乎沒(méi)有。如果這個(gè)交流信號大，則會(huì )影響數值，需想辦法解決。

2) 看?端是否接地?如接地是否存在懸空或接地不良情況。用萬(wàn)用表測?端和地(可以是系統地，也可以是信號地)之間的電壓差。

3) 若存在交流電壓，則表示存在干擾;

4) 若沒(méi)有交流電壓，有直流電壓差。這個(gè)電壓差大，影響系統;差值小，則影響小，可忽略不計。

5) 再看屏蔽層是否接地，是單點(diǎn)接地還是雙點(diǎn)接地?一般為單點(diǎn)接地。

4.2、接地線(xiàn)是否存在干擾?

1) 將信號線(xiàn)折下，用萬(wàn)用表相應檔測信號線(xiàn)，信號正常，則OK!

2) 確定負端是否接地，若是則OK!沒(méi)有接地最好在(傳感器端接地)。

3) 如情況還沒(méi)有解決，在接收端信號線(xiàn)上加隔離器。

對前面三地做一個(gè)總結，在一個(gè)工程中，接地處理注意下面幾個(gè)方面：

1、 機體接交流電源的Gnd并接地。

2、 柜內用到的直流電源，將直流電源的地端接到系統地。

3、傳送模擬信號的屏蔽線(xiàn)進(jìn)行單點(diǎn)接地。若為了泄放高頻干擾，數字信號線(xiàn)的屏蔽層應并聯(lián)電位均衡線(xiàn)，其電阻應小于屏蔽層電阻的1/10，并將屏蔽層兩端接地。若干擾還是無(wú)法解決，加隔離器。

4、 通訊線(xiàn)全接地，否則改成全隔離或者轉成光纖通訊，不受任何干擾。

5、 屏蔽接地電極與變壓器零線(xiàn)等其它強電設備接地電極的距離大于15m。

6、 信號線(xiàn)必須要有唯一的參考地，屏蔽電纜遇到有可能產(chǎn)生傳導干擾的場(chǎng)合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地環(huán)路”。

四4P(四項專(zhuān)業(yè))

4P含設計、現場(chǎng)施工、試車(chē)、現場(chǎng)測試四個(gè)部分。每一部分的工作都需要懂技術(shù)、有經(jīng)驗的工程人員來(lái)完成;

1、設計

品質(zhì)是設計出來(lái)的，在工程最初設計階段，工程師就考慮到所有可能發(fā)生的干擾現象。一般有下面幾個(gè)方面：

A、 接地系統的設計(參考三地處理原則)

B、 管線(xiàn)的設計，應選合適的信號線(xiàn)、通訊線(xiàn)，作保守的管路設計，尤其是通訊管路最好采用全程金屬管。

C、 電源設計，尤其是有變頻器應用的場(chǎng)合，需特別注意電源的隔離。