浅谈提高PLC控制系统的可靠性

2010-12-26姚永红

四川水泥 2010年1期

关键词：信号线干扰信号屏蔽

姚永红

（广东省城市建设高级技工学校，广州 510650）

0 前言

PLC控制系统的可靠性直接关系到系统能否长期稳定运行。下面将增强PLC控制系统的抗干扰能力、提高其可靠性的一些具体措施予以罗列，供同行参考。

1 影响PLC控制系统可靠性的主要因素

当PLC工作环境过于恶劣、电磁干扰特别强或安装不恰当时，可能使其收到错误信号，造成误动作；或使其系统内部的数据丢失；严重时甚至会使其失控，影响可靠性。

PLC控制系统的干扰信号主要有电弧干扰、反电势干扰、电子干扰、电源干扰，以及线路之间产生的干扰等几种形式。其来源主要有：

（1）控制系统供电电源的波动以及电源电压中高次谐波所引起的干扰。

（2）其它设备或空中强电场通过分布电容耦合到系统中所引起的干扰。

（3）邻近的大容量电气设备起动、停止时，因电磁感应产生的干扰。

（4）相邻信号线绝缘低，通过导线绝缘电阻引入的干扰。

2 提高PLC控制系统可靠性的具体措施

在系统设计时，针对干扰信号的不同种类和来源，采取相应措施，可消除（或减小）干扰对系统的影响。消除（或减小）干扰的措施主要是从阻断干扰信号入侵途径、降低系统对干扰信号的敏感性两方面入手。此外，对PLC进行正确控制，使用可靠性高的外围元件，也可以提高PLC控制系统可靠性。

2.1 提高供电电源可靠性

2.1.1 抑制从电源窜入的干扰

电源是干扰信号进入PLC控制系统的主要途径，干扰信号主要通过供电线路的阻抗耦合进入系统，各种大功率用电设备是主要的干扰源。针对电源干扰的这一特点，采取如下措施：

（1）在干扰较强或对可靠性要求较高的场合，在交流电源输入端接入图1所示的带屏蔽的隔离变压器和低通滤波器。

图1 低通滤波电路与隔离变压器

隔离变压器的屏蔽层接地后可抑制从电源线窜入的外来干扰，从而提高系统抗高频共模干扰的能力。

低通滤波器可以吸收掉电源中的绝大部分“毛刺”。压敏电阻Rv的击穿电压略高于PLC正常工作的最高电压，遇尖峰脉冲时被击穿，电压被钳位在击穿电压，尖峰脉冲消失后压敏电阻又恢复正常状态。

变压器一、二次侧绕组之间加屏蔽层，并将它和铁心一起接地，可以减小绕组间的分布电容，提高抗高频差模干扰的能力。

（2）在电源前面加装现成的电源滤波器，能有效地抑制电源线、线之间和线、地之间的干扰。

（3）使用DC220V电源（如蓄电池）给PLC供电，可显著减小来自交流电源的干扰，在交流电源消失时，还能保证PLC的正常工作，是抑制电源干扰的有效措施。

对直接对220V交流电源进行整流的PLC，其开关电源输入电压范围相当宽，可以使用220V的直流电源。使用直流电源时，有两只二极管承受全部负载电流，因PLC的电源输入电流很小，且整流桥留有较大裕量，实践证明使用DC220V供电是可行的。

（4）条件允许时，可对PLC采用单独的供电回路，以免大容量设备起动、停止对其产生干扰；照明线路的干扰比动力线小得多，其电源可以取自照明线路。

（5）外部输入电路用的外接直流电源最好采用稳压电源，那种仅将交流电整流、滤波的电源含有较强的纹波，可能使PLC收到错误信息。

2.1.2 抑制系统内其它电路产生的干扰

为防止输入信号受干扰、感应电势损坏模块，当输入端有感性元件时，应按图2所示接续流二极管或RC吸收电路。当输出端接感性负载时，为防止输出信号变化时产生突变电流和感应电动势，应按图3所示接续流二极管或RC吸收电路。

图2 输入电路的处理

（a）直流负载（b）交流负载

2.2 合理选择、布置电线电缆，选择合适的盘柜安装位置

数字量信号一般对线缆无严格要求，可选用一般电缆；当传输距离较远时，可选用屏蔽电缆。模拟信号和高速数字信号应选择屏蔽电缆。通讯信号对线缆要求较高，信号频率大于10MHz时应选择光纤等专用线缆；在要求不高或信号频率较低时，可选择屏蔽电缆或双绞线。

PLC控制柜的安装位置应远离大功率晶闸管装置等强干扰源。PLC不允许与高压电器设备安装在同一柜内；在同一柜内PLC与动力线之间的距离应大于200mm；与PLC装在同一个柜内的继电器、接触器的线圈等感性元件，应在其两端并联消弧回路。

信号线与动力线应分开走线。不同类型的线应分别装入不同的电缆管槽中，并使其有尽可能大的空间距离，信号线应尽量靠近地线或接地的金属导体。

当数字量I/O线不能与动力线分开时，可用继电器来隔离I/O线上的干扰。当信号线距离超过300m时，可采用中间继电器来转接信号或使用远程I/O模块。

信号线与电源线应分开走线，并保持一定的距离。如不得已要在同一电缆槽内布线时，应使用屏蔽电缆。交流线与直流线应分别使用不同的电缆；I/O线的长度超过300m时，输入线与输出线应分别使用不同的电缆；数字量I/O线、模拟量I/O线应分开敷设，模拟量I/O线应使用屏蔽线。如果模拟量I/O信号离PLC较远时，需用4～20mA或0～10mA的电流传输方式。不能用电压传输方式。

传送模拟信号线的屏蔽层应一端接地，以便泄放高频干扰信号。数字信号线的屏蔽层应并联电位均衡线，均衡线电阻应小于屏蔽层电阻的1/10，屏蔽层两端接地。无法设置电位均衡线或只考虑抑制低频干扰时，也可一端接地。

不同的信号线最好使用不同的插接件转接，如必须用同一插接件转接时，要用备用端子或接地端子将其隔开，以减小相互干扰。

2.3 正确接地

良好的接地是保证PLC控制系统可靠运行的重要条件，可避免偶然发生的电压冲击危害。PLC与强电设备最好分别接接地装置，接地线的截面积应大于2mm2，距离应小于50m。

在电厂等有接地网络可供使用，且各控制屏和自动化元件相距甚远的情况下，必须分系统将弱电信号内部的地线接通，然后各自用规定面积的导线统一引到接地网的某一点，实现控制系统一点接地的要求。

为减小干扰，应给PLC接专用的地线，接地点应与其它动力设备的接地点分开，禁止与其它设备串联接地，更不能通过水管、避雷线接地。

使用扩展单元时，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。

2.4 提高PLC输出的可靠性

继电器输出型模块的触点工作电压范围宽，导通压降小，与晶体管型和双向晶闸管型模块相比，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但动作速度较慢。系统输出量变化不是很频繁时，一般选用继电器型输出模块。

在负载要求的功率超过PLC输出的允许值时，应设置外部继电器。PLC模块内的小型继电器不能直接用来驱动DC220V的负载，必须先用PLC驱动外部继电器，再用外部继电器的触点驱动DC220V的负载。断开直流负载要求用较大的继电器触点，接通同一直流负载可用较小的触点。选择外接继电器的型号时，应仔细分析是用PLC来控制接通外部负载还是断开外部负载。