淺析PLC系統抗干擾的問題.

隨著plc技術的不斷成熟，基于plc的控制系統被廣泛應用于工業控制。因此，plc控制系統的可靠性將直接影響企業的生產安全和經濟效益，而系統的抗干擾能力則是保證系統可靠運行的重要指標之一。在濟鋼中厚板廠加熱爐區域使用的plc一部分安裝在控制室，一部分是安裝在生產現場。安裝在現場的plc則處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環境中。要提高plc控制系統可靠性，我們一方面要求plc生產廠家用提高設備的抗干擾能力；另一方面，我們在工程設計、安裝施工和使用維護中引起了高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統的抗干擾性能。
           
2  plc系統干擾源
           
2.1 來自電源的干擾
                   
加熱爐plc系統的供電電源由電網供電。由于電網覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓和電路。尤其是電網內部的變化，如開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網短路暫態沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。雖然plc電源采用隔離電源，但其機構及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實際上，由于分布參數特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的[1]。如濟鋼二號蓄熱式加熱爐在調試初期，cpu模塊上的led“intf”、led“extf”經常報紅，使整個plc系統無法正常運行，我們自plc程序到i/o模板逐一排查，未查出問題，但將plc重啟后故障消除。如此重復數次后，我們懷疑是電源引入的干擾造成plc控制系統故障，所以我們改用在線式不間斷供電電源(ups)為plc供電，ups具有較強的干擾隔離性能，是一種plc控制系統的理想電源。經改造后，plc不再頻繁報故障，只是隔一段時間，偶爾報一次故障。


2.2 來自信號線的干擾
                   
與plc控制系統連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾，這往往被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。如濟鋼中厚板廠二號蓄熱式加熱爐的自動出鋼系統，由于出鋼機、爐門的電機電源線與控制回路的信號線的距離偏近，出鋼機起停過程中產生電磁輻射，控制回路的信號線受電磁輻射感應的干擾，致使自動出鋼系統時常在自動出鋼時工作異常：出鋼機前進過程中，爐門突然下降，使爐門與出鋼托桿相撞，將爐門撞壞。后經改造，使控制回路的信號線遠離強電電源，才得以控制。
           
2.3 來自接地系統混亂時的干擾
                   
接地是提高電子設備電磁兼容性的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使plc系統將無法正常工作[2]。
                   
plc控制系統的地線包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統混亂對plc系統的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環路電流，影響系統正常工作。如濟鋼中厚板廠蓄熱式加熱爐在大修施工期間，將plc系統的系統地、屏蔽地、保護地接到一起，造成整個爐子的控制系統極不穩定，如時常接收到誤信號(plc接收到引風機、循環水泵、給水泵等掉電信號，而實際上以上設備均正常運行)，使爐子連鎖緊急停爐，嚴重威脅到生產的正常運行。后將plc系統的系統地、屏蔽地、保護地獨立接地，才避免了此類事故的發生。
           
3  plc系統抗干擾措施
           
3.1 優質電源抑制電網干擾
                   
在plc控制系統中，電源占有極重要的地位。電網干擾串入plc控制系統主要通過plc系統的供電電源(如cpu 電源、i/o電源等)、變送器供電電源和與plc系統具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入的。現在，我們一般都采用隔離性能較好電源。另外，為保證電網饋點不中斷，我們采用在線式不間斷供電電源(ups)為plc供電，提高供電的安全可靠性。并且ups還具有較強的干擾隔離性能，是一種plc控制系統的理想電源[3]。


3.2 電纜選擇的敖設
                   
為了減少動力電纜輻射電磁干擾，我們將profibus電纜(連接控制室plc與現場plc)遠離動力電纜，動力電纜走地下電纜溝，profibus電纜走架空線路。而對于其它信號電纜，不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應按傳輸信號種類分層敖設，避免同一電纜的不同導線同時傳送動力電源和信號，避免信號線與動力電纜靠近平行敖設，以減少電磁干擾[4]。


3.3 正確選擇接地點完善接地系統
                   
接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統是plc控制系統抗電磁干擾的重要措施之一。
                   
信號源接地時，屏蔽層應在信號側接地；不接地時，應在plc側接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接并進行絕緣處理，一定要避免多點接地；多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應相互連接好，并經絕緣處理。選擇適當的接地處單點接點[5]。


而對于profibus電纜，由于干擾電流和電磁干擾是通過profibus電纜的屏蔽泄放到地的。因此，屏蔽到地的低阻抗十分重要。電纜屏蔽通常是兩端接地。特別在高頻干擾情況下，用這種方法可以很好的抑制干擾。在大范圍分散系統的各個總線之間存在電位差且不能實現等電位屏蔽接地時，就在一端將電纜屏蔽接地以避免在profibus電纜屏蔽中產生等電位屏蔽接地電流。因為在電纜屏蔽中有電纜均衡電流流過，會大大的降低屏蔽的效率。
           
4 結束語
                   
在plc控制系統中，干擾問題十分復雜，在抗干擾設計中必須考慮各方面的因素，具體問題具體分析，對癥下藥，合理有效地抑制抗干擾，才能保證plc控制系統正常工作。