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PLC应用中的抗干扰技术

[日期:2007-01-11] 来源:  作者: [字体: ]

1 引言

____PLC由于具有功能强、程序设计简介,维护方便等优点,特别是高可靠性、较强的适应恶劣工业环境的能力,已被广泛应用于自来水行业。但由于现场环境条件恶劣、湿度高、以及各种工业电磁、辐射干扰等,会影响系统的正常工作,因此必须重视工程的抗干扰设计。
水厂应用中的PLC所受的干扰源主要有电源系统引入的干扰、接地系统引入的干扰和输入输出电路引入的干扰三类。如果PLC的干扰问题解决得不好,系统将无法可靠运行,将会影响到正常供水。因此,有必要对PLC应用系统中的干扰问题进行探讨。主要本文分别讨论PLC的三种抗干扰技术。

2 抗干扰的技术对策分析

____为防止干扰,可采用硬件和软件的抗干扰措施,其中,硬件抗干扰是最基本和最重要的抗干扰措施,一般从抗和防两方面入手来抑制和消除干扰源,切断干扰对系统的耦合通道,降低系统对干扰信号的敏感性。

2.1 电源系统引入的干扰
____电网的干扰,频率的波动,将直接影响到PLC系统的可靠性与稳定性。如何抑制电源系统的干扰是提高PLC的抗干扰性能的主要环节。

(1) 加装滤波、隔离、屏蔽、开关稳压电源系统。
____设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从电源线传导到系统中,使用隔离变压器,必须注意:屏蔽层要良好接地;次级连接线要使用双绕线(减少电线间的干扰),隔离变压器的初级绕组和次级绕组应分别加屏蔽层,初级的屏蔽层接交流电网的零线;次级的屏蔽层和初级间屏蔽层接直流端。
为了抑制电网大容量设备起停(如送水泵等)引起电网电压的波动,保持供电电压的稳压,可采用开头稳压电源。

(2) 分离供电系统
____PLC的控制器与I/O系统分别由各自的隔离变压器供电,并与主电源分开,这样当输入输出供电断电时,不会影响到控制器的供电。如图1所示。


图1 分离供电系统图


2.2 抑制接地系统引入的干扰
____PLC系统分为逻辑电路接地和功率电路接地,有共地、浮地及机壳共地和电路浮地等三种方式。一般采用控制器与其它设备分别接地方式最好,接地时注意:接地线尽量粗,一般大于2mm2的线接地;接地点应尽量靠近控制器,接地点与控制器之间的距离不大于50m;接地线应尽量避开强电回路和主回路的电线,不能避开时,应垂直相交,应尽量缩短平行走线的长度。
实践证明,接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段,良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合,防止外部干扰的侵入,提高系统的抗干扰能力。

2.3 抑制输入输出电路引入的干扰
____为了实现输入输出电路上的完全隔离,近年来在控制系统中光电耦合得到广泛应用,已成为防止干扰的最有效措施之一。光电耦合器具有以下特点:首先,由于是密封在一个管壳内,不会受到外界光的干扰;其次,由于靠光传送信号,切断了各部件电路之间地线的联系;第三,发光二极管动态电阻非常小,而干扰源的内阻一般很大,能够传送到光电耦合器输入输出的干扰信号就变得很小;第四,光电耦合器的传输比和晶体管的放大倍数相比,一般很小,远不如晶体管对干扰信号那么灵敏,而光电耦合器的发光二极管只有在通过一定的电流时才能发光。因此,即使是在干扰电压幅值较高的情况下,由于没有足够的能量,仍不能使发光二极管发光,从而可以有效地抑制掉干扰信号。由于光电耦合器的线性区一般只能在某一特定的范围内,因此,应保证被传信号的变化范围始终在线性区内。为了保证线性耦合,既要严格挑选光电耦合器,又要采取相应的非线性较正措施,否则将产生较大的误差。


(1) 光电耦合输入电路如图2所示。其中图2(a)、图2(b)用的较多,高电平时接成形式,低电平输入时接成形式。图2(c)为差动型接法,它具有两个约束条件,对于防止干扰有明显的优越性,适用于外部干扰严重的环境,当外部设备电流较大时,其传输距离可达100~200m,图2(d)考虑到COMS电路的输出驱动电流较小,不能直接带动发光二极管,所以加接一级晶体管作为功率放大,需要注意的是图中发光二极管和光敏三极管应分别由两个电源供电,电阻值视电压高低选取。



图2 光电耦合输入电路


(2) 光电耦合输出电路如图3所示。为了得到和输入同相的信号,可以采用图3(a)形式。若要求输出和输入反相,可以接成图3(b)形式。当输出电路所驱动的元件较多时,可以加接一级晶体管作为驱动功率放大,其接法如图3(c)所示。有时为了获得更好的输出波形,输出信号可经施密特电路整形。

 
图3 光电耦合输出电路


____以上两点是对开关量输入输出信号的处理方法,而对模拟输入输出信号,为了消除工业现场瞬时干扰对它的影响,除加A/D、D/A转换电路和光电耦合外,可根据需要采取软件的数字滤波技术如中值法、一阶递推数字滤波法等算法。

3 结束语

____PLC控制系统的抗干扰性设计是一个复杂的系统工程,涉及到具体的输入输出设备和工业现场的环境,在设计抗干扰系统时要求要综合考虑各方面的因素。



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