浅析PLC系统抗干扰的问题

1  引言
                  
　　随着plc技术的不断成熟，基于plc的控制系统被广泛应用于工业控制。因此，plc控制系统的可靠性将直接影响企业的生产安全和经济效益，而系统的抗干扰能力则是保证系统可靠运行的重要指标之一。在济钢中厚板厂加热炉区域使用的plc一部分安装在控制室，一部分是安装在生产现场。安装在现场的plc则处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高plc控制系统可靠性，我们一方面要求plc生产厂家用提高设备的抗干扰能力；另一方面，我们在工程设计、安装施工和使用维护中引起了高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。
           
2  plc系统干扰源
           
　　2.1 来自电源的干扰
                  
　　加热炉plc系统的供电电源由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，如开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。虽然plc电源采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的 [1]。如济钢二号蓄热式加热炉在调试初期，cpu模块上的led“intf”、 led“extf”经常报红，使整个plc系统无法正常运行，我们自plc程序到i/o模板逐一排查，未查出问题，但将plc重启后故障消除。如此重复数次后，我们怀疑是电源引入的干扰造成plc控制系统故障，所以我们改用在线式不间断供电电源(ups)为plc供电，ups具有较强的干扰隔离性能，是一种plc控制系统的理想电源。经改造后，plc不再频繁报故障，只是隔一段时间，偶尔报一次故障。
　　2.2 来自信号线的干扰
                  
　　与plc控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。如济钢中厚板厂二号蓄热式加热炉的自动出钢系统，由于出钢机、炉门的电机电源线与控制回路的信号线的距离偏近，出钢机起停过程中产生电磁辐射，控制回路的信号线受电磁辐射感应的干扰，致使自动出钢系统时常在自动出钢时工作异常：出钢机前进过程中，炉门突然下降，使炉门与出钢托杆相撞，将炉门撞坏。后经改造，使控制回路的信号线远离强电电源，才得以控制。
           
　　2.3 来自接地系统混乱时的干扰
                  
　　接地是提高电子设备电磁兼容性的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使plc系统将无法正常工作[2]。
                  
　　plc控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对plc系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。如济钢中厚板厂蓄热式加热炉在大修施工期间，将plc系统的系统地、屏蔽地、保护地接到一起，造成整个炉子的控制系统极不稳定，如时常接收到误信号(plc接收到引风机、循环水泵、给水泵等掉电信号，而实际上以上设备均正常运行)，使炉子连锁紧急停炉，严重威胁到生产的正常运行。后将plc系统的系统地、屏蔽地、保护地独立接地，才避免了此类事故的发生。
           
3  plc系统抗干扰措施
           
　　3.1 优质电源抑制电网干扰
                  
　　在plc控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰串入plc控制系统主要通过plc系统的供电电源(如cpu 电源、i/o电源等)、变送器供电电源和与plc系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在，我们一般都采用隔离性能较好电源。另外，为保证电网馈点不中断，我们采用在线式不间断供电电源(ups)为plc供电，提高供电的安全可靠性。并且ups还具有较强的干扰隔离性能，是一种plc控制系统的理想电源[3]。
　　3.2 电缆选择的敖设
                  
　　为了减少动力电缆辐射电磁干扰，我们将profibus电缆(连接控制室plc与现场plc)远离动力电缆，动力电缆走地下电缆沟，profibus 电缆走架空线路。而对于其它信号电缆，不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敖设，避免同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠近平行敖设，以减少电磁干扰[4]。
　　3.3 正确选择接地点完善接地系统
                  
　　接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是plc控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。
                  
　　信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在plc侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理。选择适当的接地处单点接点[5]。
　　而对于profibus电缆，由于干扰电流和电磁干扰是通过profibus电缆的屏蔽泄放到地的。因此，屏蔽到地的低阻抗十分重要。电缆屏蔽通常是两端接地。特别在高频干扰情况下，用这种方法可以很好的抑制干扰。在大范围分散系统的各个总线之间存在电位差且不能实现等电位屏蔽接地时，就在一端将电缆屏蔽接地以避免在profibus电缆屏蔽中产生等电位屏蔽接地电流。因为在电缆屏蔽中有电缆均衡电流流过，会大大的降低屏蔽的效率。
           
4 结束语
                  
　　在plc控制系统中，干扰问题十分复杂，在抗干扰设计中必须考虑各方面的因素，具体问题具体分析，对症下药，合理有效地抑制抗干扰，才能保证plc控制系统正常工作。