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浅谈PLC控制系统的可靠性措施

时间:2013-05-24来源:易品网 点击:

PLC是专门为工业环境设计的控制装置,一般不需要采取什么特殊措施,就可以直接在工业环境中使用。但是如果环境过于恶劣,电磁干扰特别强烈,或者安装使用不当,都不能保证系统的安全正常运行。干扰可能使PLC接收到错误的信号,造成误动作,或者使PLC内部数据丢失,严重时甚至会使系统失控。在系统设计时,应采取相应的可靠性措施,以消除或减少干扰的影响,保证系统的正常运行。

一、电源的抗干扰措施
  电源是干扰进入PLC的主要途径之一,电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的,各种大功率用电设备是主要的干扰源。
  在干扰较强或者对可靠性要求很高的场合,可以在PLC的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器。可以在互联网上搜索和选用电源滤波器或净化电源产品。
  隔离变压器可以抑制从电源线窜入的外来干扰,提高抗高频共模干扰能力。高频干扰信号不是通过变压器绕组的耦合,而是通过一次,二次级绕组之间的分布电容传递的。在一次、二次绕组之间加绕屏蔽层,并将它和铁心一起接地,可以减少绕组间的分布电容,提高抗高频干扰的能力。
  动力部分、控制部分、PLC、I/O电源应分别配线,系统的动力线应足够粗,以降低大容量异步电动机起动时的线路压降。

二、输入/输出的抗干扰措施
  (一)布线的抗干扰措施。数字量信号传输距离较远时,可以选用屏蔽电缆。模拟信号和高速信号(例如旋转编码器的输出信号)应选择屏蔽电缆,通信电缆应按规定选取。
  PLC应远离强干扰源,例如大功率晶闸管装置、变频器、高频焊机和大型动力设备等。PLC不能与高压电器安装在同一个开关柜内,在柜内PLC应远离动力线(两者之间的距离应大于200mm)。
  信号线与功率线应分开走线,电力电缆单独走线,不同类型的线应分别装入不同的电缆管或电缆槽中,并使其有尽可能大的空间距离。
  当数字量输入、输出线不能与动力线分开布线,且距离较远时,可以用继电器来隔离输入/输出线上的干扰。I/O线与电源线应分开走线,并保持一定的距离。如果不得已要在同一线槽中布线,应使用屏蔽电缆线。交流线与直流线应分别使用不同的电缆,数字量、模拟量I/O线应分开敷设,后者应采用屏蔽线。
  不同的信号线最好不用同一个插接件传接,如果必须用同一个插接件,要用备用端子或地线端子将它们分隔开,以减少相互干扰。
  传送模拟信号的屏蔽线,其屏蔽层应一端接地,为了泄放高频干扰,数字信号线的屏蔽层应并联电位均衡线,其电阻应小于屏蔽层电阻的1/10,并将屏蔽层两端接地。如果无法设置电位均衡线,或只考虑抑制低频干扰时,也可以一端接地。
  如果模拟量输入/输出信号距离PLC较远,应采用4~20mA的电流传输方式,而不是采用易受干扰的电压传输方式。干扰较强的环境应选用有光电隔离的模拟量I/O模块,使用分布电容小、干扰抑制能力强的配电器为变送器供电,以减少对PLC的模拟量输入信号的干扰。对模拟量输入信号作数字滤波是减轻干扰的有效措施。应短接未使用的A/D通道的输入端,以防止干扰电压通过它们进入PLC,影响系统的正常工作。
  (二)PLC的接地。良好的接地时PLC安全可靠运行的重要条件,错误的接地会在不同的接地点之间产生地位差,引起接地环路电流,影响系统的正常工作。模拟地电位的分布干扰将导致测量精确度下降,引起对信号测控的严重失真和误动作。
  PLC与强电设备最好分别使用不同的接地装置,接地线的截面积应大于2mm2,接地点与PLC的距离应小于50m。
  在发电厂或变电站中有接地网络可供使用。各控制屏和自动化元件可能相距甚远,若分别将它们在就接近的接地母线上接地,强电设备的接地电流可能在两个接地点之间产生较大的电位差,干扰控制系统的工作。为防止不同信号回路接地线上的电流引起交叉干扰,必须分系统(例如以控制屏为单位)将弱电信号的内部地线接通,然后各自用规定截面积的导线统一引到接地网络的某一点,从而实现控制系统一点接地的要求。
  (三)防止变频器干扰的措施。现在PLC越来越多地与变频器一起使用,经常会遇到变频器干扰PLC的正常运行,变频器已经成为PLC最常见的干扰源。
  变频器的主电路为交-直-交变换电路,工频电源被整流成直流电压信号,输出的是基波频率可变的高频脉冲信号,载波频率可能高达数十千赫兹。变频器的输入电流为含有丰富的谐波的脉冲波,将通过电力线干扰其他设备。变频器的输出主电路中也有丰富的谐波电流,所以变频器的主电路是辐射源,谐波电流通过电缆向空间辐射,干扰邻近的电气设备。
  可以在变频器输入侧与输出侧串接电抗器,或安装谐波滤波器,以吸收谐波、抑制高频谐波电流。
  将变频器放在控制柜内,并将其金属外壳接地,对高频谐波有屏蔽作用。PLC的信号线和变频器的输出线应分别穿管敷设,变频器的输出线一定要使用屏蔽电缆或穿钢管敷设,以避免辐射干扰和感应干扰。
  (四)强烈干扰环境中隔离措施。一般情况下,PLC的输入/输出信号采用内部的隔离措施即可以保证系统正常运行。因此一般没有必要在PLC外部再设置干扰隔离器件。
  在发电厂等工业环境,空间极强的电磁场和高电压、大电流断路器的通断将会对PLC产生强烈的干扰。由于现场条件的限制,有时很长的强电电缆和PLC的抵压控制电缆只能敷设在同一个电缆沟内,强电干扰在输入线上产生的感应电压和感应电流相当大,可能会使PLC输入端的光耦合器中的发光二极管发光,使PLC产生误动作。在这种情况下,对于用长线引入PLC的数字量信号,可以用小型继电器来隔离。为了提高抗干扰能力,对长距离的PLC的外部信号、PLC和计算机之间的串行通信信号,可以考虑用光纤来传输和隔离,或者使用带光耦合器的通信接口。
  (五)PLC输出的可靠性措施。如果用PLC驱动交流接触器,应将额定电压为AC380V的交流接触器的线圈换成220V的。在负载要求的输出功率超过PLC的允许值时,应设置外部继电器。PLC输出模块内的小型继电器的触点小、断弧能力差,不能直接用于DC220V的电路,必须通过外部继电器驱动DC220V的负载。
  与PLC装在同一个开关柜内的电感性元件,例如继电器、接触器的线圈,应并联RC消弧电路。

参考文献:
  [1]廖常初.S7-200PLC基础教程[M].机械工业出版社,2007-12.
  [2]王成福.提高PLC控制系统可靠性的措施[J].金华职业技术学院学报,2005(01).
 

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