天地科技股份有限公司 李 東

1.簡述

近年來，可編程控制器(以下簡稱PLC)從其產(chǎn)生到現(xiàn)在，實(shí)現(xiàn)了物理邏輯控制到數(shù)字邏輯控制的飛躍；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的PLC在處理模擬量、數(shù)字運(yùn)算、人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)等各方面能力都已大幅提高，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。

2.PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

PLC已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，并能夠滿足開關(guān)量邏輯控制、工業(yè)過程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理、通信及聯(lián)網(wǎng)等多種控制功能的需要。

3.PLC的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

3.1 運(yùn)行穩(wěn)定，抗于擾能力強(qiáng)

電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能要求運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高。PLC多采用大規(guī)模集成電路技術(shù)，生產(chǎn)制造工藝嚴(yán)格，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。與同等規(guī)模的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，實(shí)際接線點(diǎn)大大減少，可有效降低故障出現(xiàn)機(jī)率。此外，PLC具有硬件故障自我檢測功能，在出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。合理配合軟件使用，可對外圍設(shè)備進(jìn)行故障診斷和報(bào)警，使整個(gè)系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性。

3.2 產(chǎn)業(yè)技術(shù)成熟，配套齊全，適應(yīng)多場合需要

PLC已實(shí)現(xiàn)系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。在數(shù)字控制部分，不但具有邏輯處理能力還有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力。實(shí)現(xiàn)了功能單元化控制，包括模塊化位置控制、溫度控制等應(yīng)用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域。友好的操作界面和強(qiáng)大的通訊功能使PLC控制更方便。

3.3 簡單實(shí)用，提高工作效率

PLC多用于工礦企業(yè)，技術(shù)人員易于學(xué)習(xí)和掌握。采用梯形圖編程和繼電器電路圖相當(dāng)接近，能使技術(shù)人員較快理解和掌握。無需學(xué)習(xí)復(fù)雜的編程語言即可看懂、維護(hù)程序。

3.4 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，維護(hù)方便，容易改造

PLC用存儲(chǔ)邏輯代替物理邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝的周期大為縮短，有利于日常維護(hù)。特別適合多品種、小批量需經(jīng)常修改邏輯控制的生產(chǎn)場合。

4.PLC應(yīng)用中的要求

PLC是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制的設(shè)備，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，盡管有如上所述的可靠性較高、抗干擾能力較強(qiáng)等特點(diǎn)，但當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證PLC的正常運(yùn)行。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力；另一方面，要求設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。因此在使用中應(yīng)注意以下問題：

4.1 工作環(huán)境

PLC應(yīng)用環(huán)境要求不高，但在適用環(huán)境中才能保證運(yùn)行的可靠性。溫度要求在0-55℃盡量避免安裝在發(fā)熱量大的元件下面，通風(fēng)散熱要好。濕度應(yīng)小于85%(無凝露)。應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的震動(dòng)源防止振動(dòng)頻率為10-55Hz的頻繁或連續(xù)振動(dòng)或采取必要減震措施。無腐蝕和易燃性氣體。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中。

4.2 電源環(huán)境

PLC對于電源線帶來的于擾具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境中，可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。一般PLC都有直流24V輸出提供給輸入端，當(dāng)輸入端使用外接直流電源時(shí)，應(yīng)選用直流穩(wěn)壓電源。因?yàn)槠胀ǖ恼鳛V波電源，受紋波的影響，容易使PLC接收到錯(cuò)誤信息。

4.3 安裝與布線

（1）動(dòng)力線、控制線以及PLC的電源線和I/O線應(yīng)分別配線，隔離變壓器與PLC和I/O之間應(yīng)采用雙絞線連接。將PLC的I/O線和大功率線分開走線，如必須在同一線槽內(nèi)，分開捆扎交流線、直流線，若條件允許，分槽走線最好。這不僅能使其有盡可能大的空間距離，并能將干擾降到最低限度。

（2）PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源如電焊機(jī)、大功率硅整流裝置和大型動(dòng)力設(shè)備，不能與高壓電器安裝在同一個(gè)開關(guān)柜內(nèi)。在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線(二者之間距離應(yīng)大于200mm)。與PLC裝在同一個(gè)柜子內(nèi)的電感性負(fù)載，如功率較大的繼電器、接觸器的線圈，應(yīng)并聯(lián)RC消弧電路。

（3）PLC的輸入與輸出最好分開走線，開關(guān)量與模擬量也要分開敷設(shè)。模擬量信號的傳送應(yīng)采用屏蔽線，屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地，接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10。交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜，輸出線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高壓線和動(dòng)力線，避免并行。

5.控制系統(tǒng)中干擾來源及避免方法

最易影響系統(tǒng)穩(wěn)定的因素之一是現(xiàn)場電磁干擾，應(yīng)盡量避免或減小這種干擾。

5.1 PLC系統(tǒng)中干擾的主要來源及途徑

強(qiáng)電干擾：由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，易受空間電磁干擾產(chǎn)生感應(yīng)電壓以及大型電力設(shè)備起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。

接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾：接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性(EMC)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(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯(cuò)誤的接地，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號，使 PLC系統(tǒng)無法正常工作。

PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾：主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。

變頻器干擾：一是變頻器啟動(dòng)及運(yùn)行過程中產(chǎn)生諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)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(qiáng)的電磁輻射干擾，影響周邊設(shè)備的正常工作。

5.2 主要抗干擾措施

（1）電源的合理處理，抑制電網(wǎng)引入的干擾

為減少設(shè)備與地之間的干擾，可在電源側(cè)安裝隔離變壓器，或在電源輸入端串接LC濾波電路。

（2）正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)

良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。

屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)又會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測量精度下降，引起對信號測控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作。

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

系統(tǒng)接地：PLC控制器為了與所控的各個(gè)設(shè)備同電位而接地，叫系統(tǒng)接地。接地電阻值不得大于4Ω，一般需將PLC設(shè)備系統(tǒng)地和控制柜內(nèi)開關(guān)電源負(fù)端接在一起，作為控制系統(tǒng)地。

信號與屏蔽接地：一般要求信號線必須要有唯一的參考地，屏蔽電纜遇到有可能產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾的場合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地環(huán)路”。信號源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號側(cè)接地；不接地時(shí)，應(yīng)在PLC側(cè)接地。信號線中間有接頭時(shí)，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，一定要避免多點(diǎn)接地；多個(gè)測點(diǎn)信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏蔽電纜連接時(shí)，各屏蔽層應(yīng)相互連接好，并經(jīng)絕緣處理，選擇適當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c(diǎn)接點(diǎn)。

（3）對變頻器干擾的抑制處理方法

加隔離變壓器，主要是針對來自電源的傳導(dǎo)干擾，可以將絕大部分的傳導(dǎo)干擾阻隔在隔離變壓器之前。使用濾波器，濾波器具有較強(qiáng)的抗干擾能力，還具有防止將設(shè)備本身的干擾傳導(dǎo)給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。

使用輸出電抗器，在變頻器到電動(dòng)機(jī)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程中線路產(chǎn)生電磁輻射，影響其它設(shè)備正常工作。

6.結(jié)束語

PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，因此在抗干擾設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制干擾，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。隨著PLC廣泛應(yīng)用，PLC作為自動(dòng)化控制的重要組成部分，將在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。