PLC系统中的抗干扰设计

PLC控制系统的抗干扰设计是系统的一个重要组成部分,本文只从硬件部分加以讨论。在软件编程上也可以利用软件的冗余设计技术设计一些程序,来屏蔽输入元件的误信号,防止输出元件的误动作。在实际应用时可以同时利用硬件和软件的抗干扰技术,让PLC系统满足要求,并能达到一个理想的工作状态。

一、电源部分的抗干扰设计

电源变压器是电源部分的主要元件,为了抑制电网中的干扰,一般选用隔离变压器,且变压器容量

应比实际需要大1.2~1.5倍左右。在使用中应要求变压器的屏蔽层良好接地,次级线圈连接线要使用双绞线,以减少电源线间干扰。对于PLC的控制器电源,如果条件许可,还可在隔离变压器前加入滤波器,此时变压器的初级和次级连接线均要使用双绞线,如图1所示。这样干扰信号经滤波隔离后可大大减弱,增强了系统的可靠性。

    PLC供电系统可采用如下方式,控制器和I/O系统分别由各自的隔离变压器供电,并与主电路电源分开。当某一部分电源出了故障时,而不会影响其他部分,如输入、输出供电中断时,控制器仍能继续供电,提高了系统的可靠性,如图2所示。对于供电质量缺乏保证时(非长时间停电),控制器可利用UPS不间断电源供电,即将控制器前面的屏蔽变压器改为UPS不间断稳压电源。对于一些重要的设备(医疗设备等),为了提高系统的可靠性,交流供电电路可采用双路供电系统。

二、输入输出信号的抗干扰设计

为了防止输入、输出信号受到干扰,应选用绝缘型I/O模块。

1.输入信号的抗干扰设计

输入信号的输入线之间的差模干扰可以利用输入模块滤波来减小干扰,而输入线与大地间的共模干扰可通过控制器的接地来抑制。在输入端有感性负载时,为了防止电路信号突变而产生感应电势的影响,可采用硬件的可靠性容错和容差设计技术,即在负载两端并联电容C和电阻R,对于直流输入信号,可并接续流二极管D,具体电路如图3所示。

对于图3中CR的选择应适当,一般负载容量在10VA以下时,应选C为0.1µF,R为120Ω,当负载容量在10VA以上时,应选C为0.47µF,R为47Ω。

2.输出电路的抗干扰设计

对于PLC系统为开关量输出,可有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出三种形式。具体选择要根据负载要求来决定。若负载超过了PLC的输出能力,应外接继电器或接触器,才可正常工作。

PLC输出端子若接有感性负载,输出信号由OFF变为ON或从ON变为OFF时都会有某些电量的突变而可能产生干扰。在设计时应采取相应的保护措施,以保护PLC的输出触点,如图4所示。对于直流负载,通常是在线圈两端并联续流二极管D,二极管应尽可能靠近负载,二极管可为1A的管子。对于交流负载,应在线圈两端并联RC吸收电路,根据

负载容量,电容可取0.1µF~0.47µF,电阻可取47Ω~120Ω,且RC尽可能靠近负载。

对于大容量负载电路,由于继电器或接触器在通断时会产生电弧干扰,因此须在主触点两端连接RC浪涌吸收器,如图5(A)所示,若电动机或变压器开关干扰时,可在线间采用RC浪涌吸收,如图5(B)所示。

三、外部配线的抗干扰设计

外部配线之间存在着互感和分布电容,进行信号传送时会产生窜扰。为了防止或减少外部配线的干扰,交流输入、输出信号与直流输入、输出信号应分别使用各自的电缆。集成电路或晶体管设备的输入、输出信号线,要使用屏蔽电缆,屏蔽电缆在输入、输出侧要悬空,而在控制器侧要接地。具体电路设计如图6所示。配线时在30米以下的短距离,直流和交流输入、输出信号线最好不要使用同一电缆,如果要走同一配线管时,输入信号要使用屏蔽电缆。30米~300米距离的配线时,直流和交流输入、输出信号线要分别使用各自的电缆,并且输入信号线一定要用屏蔽线。对于300米以上长距离配线时,则可用中间继电器转换信号,或使用远程I/O通道。对于控制器的接地线要与电源线或动力线分开,输入、输出信号线要与高电压、大电流的动力线分开配线。

四、PLC装置的接地设计

良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件之一,可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地线与机器的接地端相联,基本单元必须接地,如果选用扩展单元,其接地点与基本单元接地点接在一起。为了抑制附加在电源及输入、输出端的干扰,应给PLC接以专用地线,接地线与动力设备(如电动机)的接地点应分开,若达不到此要求,则可与其他设备公共接地,严禁与其他设备串联接地,具体设计如图7所示。另外接地电阻要小于100ft,接地线要粗,接地面积要大于2平方毫米,而且接地点最好靠近PLC装置,其间的距离要小于50米,接地线应避开强电回路,若无法避开时,应垂直相交,缩短平行走线的长度。

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