1#-包络法的计算步骤

PL C 抗干扰及 王德毅 (洛阳义安矿业有限公司 ,河南 洛阳 471800) 　　摘要 : PLC 以其高可靠性 ,较强的工业环境适应性在工业领域得到了广泛的应用。但由于强电磁干扰、 安装或使用不当等原因 ,使其可靠性降低 ,甚至损坏。因此采用适当的抗干扰措施变得尤为重要。系统的分 析了影响 PLC 控制系统可靠性的干扰因素及其来源 ,并结合现场实际全面介绍了可能发生的情况和问 题 ,提出了处理干扰因素及其干扰源的合理有效的措施。 关键词 : PLC ;可靠性 ;抗干扰 中图分类号 : TP21 　　　　文献标识码 :A Analysis and Method of AntiΟjamming in Using PLC WAN G DeΟyi ( L uoy ang Yian M ining Indust ry Co. L t d , L uoy ang 471800 , Henan , China) Abstract :PLC is widely used in indust ry because of it s high reliability and st rong adjustability. But it s reli2 ability will come lower ,even be broken ,because of st rong elect romagnetic disturbance or incorrectly using. So it is very important to use some appropriate method of antiΟjamming. This systematic analysis of the impact of the reliability of PLC control system interference factors and their sources was given. Combined with onΟsite p ractical experience ,a comprehensive int roduction to the situations and problems that may occur was given. The source of interference and interference factors was managed with effective measures. Key words :PLC ;reliability ;antiΟjamming 　　作者简介 :王德毅 (1981 - ) ,男 ,本科 ,助理工程师 ,Email :yi_de2002 @163. com 　　可编程控制器 ( PL C)作为新一代的工业控制 装置 ,因其本身具有高可靠性、较强的工业环境适 应性以及编程简单、操作方便等特性 ,再配上各种 测量控制仪表而在工业领域得到广泛应用。但当 生产环境过于恶劣 ,电磁干扰特别强烈 ,或安装使 用不当 ,就可能造成程序错误或运算错误 ,从而产 生误输入并引起误输出 ,这将会造成设备的失控 和误动作 ,从而不能保证 PL C 的正常运行。 1 　影响 PL C 控制系统可靠性的干 扰及来源 　　PL C 控制系统主要集中安装在主控室中 ,但 是由于其系统复杂 , 设备种类多 , 输入/ 输出 ( I/ O)端口多 ,特别是外部的连接电缆又多又长 , 它们大多处在强电设备所形成的恶劣电磁环境 中。除了恶劣的电磁环境外 , PL C 系统还涉及机 械振动、化学腐蚀等场合。总体来说 , PL C 系统 的干扰主要是 2 种形式 :电磁干扰和机械振动干 扰。现场电磁干扰是 PL C 控制系统中最常见也 是最易影响系统可靠性的因素之一 ,找出问题所 在 ,才能提出解决问题的办法。 1. 1 　电磁干扰源及一般分类 电磁干扰大都产生于用电设备电流或电压急 剧变化 ,其原因是电流改变 (电压变化也同时会导 致电流变化)会在用电设备周围产生可变磁场 ,对 周边设备产生电磁辐射 ;电磁辐射又会在该设备 的薄弱部位产生电位差 ,即电磁干扰。 通常电磁干扰按干扰模式不同 ,分为差模干 扰和共模干扰。差模干扰是指作用于信号两极间 的干扰电压 ,主要由空间电磁场在信号间耦合感 应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压 , 这种干扰叠加在信号上 ,直接影响测量与控制精 度。共模干扰是每个被干扰点对地的电位差 ,主 要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号 线上感应的共态 (同方向)电压叠加所形成。共模 电压通过不对称电路可转换成差模电压 ,直接影 响测控信号 ,造成元器件损坏 (这就是一些系统 I/ O 模件损坏率较高的主要原因) ,这种共模干扰 87 电气传动 　2010 年 　第 40 卷 　第 4 期 EL ECTRIC DRIV E 　2010 　Vol. 40 　No. 4 可为直流 ,亦可为交流。 1. 2 　PLC系统中电磁干扰的主要来源及途径 1)电网干扰。普通供电网络 ,由于电网覆盖范 围广 ,电网上会有各种各样的用电设备。电源设备 的停送电操作浪涌、大型设备的起停、交直流传动 装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等都会在线路 上感应出电压而在 PLC系统所处空间形成电磁干 扰 ,这些电压噪声会通过电源内阻耦合到 PLC 系 统的电路中 ,给系统造成极大的危害。所以 PLC 如果直接从公用电网供电 ,将是很危险的。 2) 柜内干扰。如果 PL C 系统与其他大电感 设备、高电压设备混装 ,控制柜内的高压电器 ,大 电感性负载 ,混乱的布线都容易对 PL C 造成一定 程度的干扰。 即使 PL C 系统只与小容量电器安装在一起 , 这些电器的通断控制同样会产生电磁干扰。 3) 信号线干扰。与 PL C 控制系统相连的各 类信号线 ,除了传输各类有效的信息之外 ,还会有 外部干扰信号侵入。外部干扰主要有 2 种 :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。信号线干扰会引起 I/ O 信 号工作异常并大大降低测量精度 ,严重时将损伤 元器件。 4)接地系统的干扰。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 ,可以抑 制电磁干扰的影响 ,还可抑制设备向外发出干扰 ; 模拟电路的影响 ,逻辑地与模拟地的相互影响及 元器件间的相互不匹配使用等。 5)变频器的干扰。变频器启动和运行过程中 产生的谐波可以对电网产生传导干扰 ,从而引起 电网电压畸变 ,影响电网的供电质量 ;变频器的输 出也会产生较强的电磁辐射干扰 ,进而影响周边 设备的正常工作。 1. 3 　非电磁干扰 1) 由于机械拉扯 ,线路自身老化等原因造成 传输信号时断时续 ,现场信号无法准确地传送给 PL C ,造成控制出错。 2)机械触点抖动 ,现场触点虽然只闭合一次 , PL C 却认为闭合了多次 ,但由于 PL C 扫描周期 太短 ,仍可能在计数、累加、移位等指令中出错 ,出 现错误控制结果。 3)现场执行变送器、机械开关自身出故障 ,如 触点接触不良 ,变送器反映现场非电量偏差较大 或不能正常工作等。这些故障同样会使控制系统 不能正常工作。影响执行机构出错的主要原因 有 : ①控制负载的接触不能可靠动作 ,虽然 PL C 发出了动作指令 ,但执行机构并没按要求动作 ; ② 各种电动阀、电磁阀开、关不能到位 ,使得执行机 构无法按 PL C 的理想控制要求动作 ,导致系统无 法正常工作 ,降低了系统可靠性。 2 　主要抗干扰措施 2. 1 　电源的合理处理 ,抑制电网引入的干扰 对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏 蔽层的变比为 1 ∶1 的隔离变压器 ,以减少设备与 地之间的干扰。最好采用专用的净化电源。PL C 的 CPU 部分与 I/ O 部分分别供电 ,以避免 I/ O 外部回路短路造成 PL C 停机。 2. 2 　安装与布线 1)安装。PL C 应远离强干扰源如电焊机、大 功率硅整流装置和大型动力设备 ,不能与高压 电器安装在同一个开关柜内。在柜内 PL C 应远 离动力线 (二者之间距离应大于 200 mm) 。与 PL C 装在同一个柜子内的电感性负载 ,如功率 较大的继电器、接触器的线圈 ,应并联 RC 消弧 电路。 2)柜内布线。柜内导线尽量按照不同的电压 等级及类别分别走线 ,电源线采用双绞线。如必 须在同一线槽内 ,分开捆扎交流信号线、直流信 号线。 3)柜外布线。PL C 的输入与输出、开关量与 模拟量要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏 蔽线 ,屏蔽层应一端接地 ,接地电阻应小于 1Ω。 不同电压等级的信号不能安排在同一根电缆 中 ,交流信号与直流信号不能安排在同一根电 缆中。 2. 3 　PLC输出负载的抗干扰处理 PL C 输出模板采用继电器输出型时 ,所带的 电感性负载的大小 ,会影响到模板内继电器的使 用寿命 ,因此 ,使用电感性负载时应合理选择 ,或 加隔离继电器。更重要的一点 , PL C 的输出负载 可能产生干扰 ,因此要采取措施加以控制 ,若负载 为直流电感性负载 ,则在负载两端加续流二极管 保护 ,若负载为交流点刚性负载 ,则在负载两端加 阻容吸收电路 ,见图 1。一般选择 D 为 1 A ,R 为 100Ω ,C 为 0. 47μF。 97 王德毅 : PLC 抗干扰分析及措施 电气传动 　2010 年 　第 40 卷 　第 4 期 图 1 　阻容吸收电路示意图 Fig. 1 　Schematic of RC snubber circuit 2. 4 　正确选择接地点 ,完善接地系统 良好的接地是保证 PL C 可靠工作的一个重 要条件 ,可避免偶然发生的电压冲击危害。接地 的目的一般有两个 :一是为了安全 ,二是为了抑制 干扰。完善的接地是 PL C 控制系统抗电磁干扰 的重要措施之一。 PL C 控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、 保护地等。接地系统混乱对 PL C 系统的干扰主 要是各个接地点电位分布不均 ,不同接地点之间 存在地电位差 ,从而引起地环路电流 ,影响系统正 常工作。比如电缆屏蔽层必须单点接地 ,如果电 缆屏蔽层两端都接地 ,就存在地电位差 ,有电流流 过屏蔽层 ,当发生异常状态如雷击时 ,地线电流将 更大。此外 ,接地线、屏蔽层和大地有可能构成闭 合环路 ,在变化磁场的作用下 ,屏蔽层内又会感应 出电流 ,通过屏蔽层与芯线之间的耦合 ,信号回路 受到干扰。若系统地与其它接地处理混乱 ,所产 生的地环流就可能在地线上产生不等的电位分 布 ,影响 PL C 内模拟电路和逻辑电路的正常工 作。PL C 工作的逻辑电压干扰容限较低 ,逻辑地 电位的分布干扰易影响 PL C 的逻辑运算和数据 存贮 ,造成数据混乱、程序跑飞或死机等故障。模 拟地电位的分布将使测量精度下降 ,会引起对信 号测控的严重失真和误动作。 1)安全地或电源接地。将电源线接地端和柜 体连线接地做为安全接地。若电源漏电或柜体带 电 ,可以从安全接地端导入地下。 2) 系统接地。系统接地即 PL C 控制器为了 与所控的各个设备同电位而接地。接地电阻值不 得大于 4Ω ,通常需将 PL C 设备系统地和控制柜 内开关电源负端接在一起 ,作为控制系统地。 3)信号与屏蔽接地。一般要求信号线必须有 唯一的参考地 ,屏蔽电缆遇到可能产生传导干扰 的场合 ,也要在就地或者控制室唯一接地 ,防止形 成“地环路”。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 芯对绞总屏蔽电缆连接时 ,各屏蔽层应互相连接 好 ,并经绝缘处理 ,选择适当的接地处单点接地。 2. 5 　对变频器干扰的抑制 变频器干扰处理一般有以下几种方式 : 1) 加隔离变压器 ,主要针对来自电源的传导 干扰 ,可将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压 器之前 ;2)使用滤波器 ,滤波器具有较强的抗干扰 能力 ,可防止将设备本身的干扰传导给电源 ,有些 还兼有尖峰电压吸收功能 ;3)使用输出电抗器 ,在 变频器和电动机之间增加交流电抗器主要是为了 减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁 辐射 ,影响其它设备正常工作。 3 　矿井提升系统干扰问题及解决办法 我矿在 2007 年投产了一套 1 900 kW 交2交 变频提升系统 ,针对现场出现的问题采取了以下 的抗干扰措施 :1) 把功率部分与控制部分分别安 装在两层 ,使得功率柜对 PL C 以及变频控制部分 的电磁干扰减至最低 ;2) PL C 系统及变频控制系 统用的交流控制电源均通过 U PS 供电 ,使得高压 电网侧的干扰信号不会通过电源直接传入控制系 统 ;3)为了可靠接地并减少接地电阻 ,在保证接地 极电阻小于 1Ω的基础上 ,选用双根 95 mm2 电缆 作为接地电缆 ;4) 对于触发脉冲、电压信号、 电流检测信号、测速编码器信号等关键线路 ,采取 单独敷设电缆 ,屏蔽层双端单独接地的措施。 4 　结论 这套系统在调试初期 ,由于干扰问题给调试 带来了一定的影响。使得接入 PL C 系统的位置 检测信号、连锁信号出现差错。重新处理了接地 与屏蔽之后 ,干扰的问题没有再出现。PL C 控制 系统中的干扰是一个十分复杂的问题 ,因此在抗 干扰中应综合考虑各方面的因素 ,合理有效 地抑制抗干扰 ,才能使 PL C 控制系统正常工作。 参考文献 [ 1 ] 　刘美俊. 提高 PL C 控制系统可靠性的措施[J ] . 电工技术杂 志 ,2001 (1) :17 - 19. 收稿日期 :2008212229 修改稿日期 :2010202226 08 电气传动 　2010 年 　第 40 卷 　第 4 期 王德毅 : PLC 抗干扰分析及措施