模擬量干擾的解決方法

1、概述

 

　　隨著科學技術的發展，PLC在工業控制中的應用越來越廣泛。PLC控制系統的可靠性直接影響到工業企業的安全生產和經濟運行，系統的抗干擾能力是關系到整個系統可靠運行的關鍵。自動化系統中所使用的各種類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產現場和各種電機設備上，它們大多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，設計人員只有預先了解各種干擾才能有效保證系統可靠運行。

 

　　2、電磁干擾源及對系統的干擾

 

　　影響PLC控制系統的干擾源于一般影響工業控制設備的干擾源一樣，大都產生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即干擾源。

 

　　干擾類型通常按干擾產生的原因、噪聲的干擾模式和噪聲的波形性質的不同劃分。其中：按噪聲產生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質不同，分為持續噪聲、偶發噪聲等；按聲音干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號對地面的電位差，主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態（同方向）電壓送加所形成。共模電壓有時較大，特別是采用隔離性能差的電器供電室，變送器輸出信號的共模電壓普遍較高，有的可高達130V 以上。共模電壓通過不對稱電路可轉換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞（這就是一些系統I/O 模件損壞率較高的原因），這種共模干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指用于信號兩極間得干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模干擾所形成的電壓，這種讓直接疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。

 

　　3、PLC 控制系統中電磁干擾的主要來源有哪些呢？

 

　　(1) 來自空間的輻射干擾：

 

　　空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網絡、電氣設備的暫態過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復雜。若PLC 系統置于所射頻場內，就回收到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑；一是直接對PLC 內部的輻射，由電路感應產生干擾；而是對PLC 通信內網絡的輻射，由通信線路的感應引入干擾。輻射干擾與現場設備布置及設備所產生的電磁場大小，特別是頻率有關，一般通過設置屏蔽電纜和PLC 局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。

 

　　(2) 來自系統外引線的干擾：

 

　　主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導干擾。這種干擾在我國工業現場較嚴重。

 

　　(3)來自電源的干擾：

 

　　實踐證明，因電源引入的干擾造成PLC 控制系統故障的情況很多，筆者在某工程調試中遇到過，后更換隔離性能更高的PLC 電源，問題才得到解決。

 

　　PLC 系統的正常供電電源均由電網供電。由于電網覆蓋范圍廣，

 

　　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，開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流轉動裝置引起的諧波、電網短路暫態沖擊等，都通過輸電線路到電源邊。PLC 電源通常采用隔離電源，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。

 

　　(4) 來自信號線引入的干擾：

 

　　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號之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾，這往往被忽略；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。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統總線回流，造成邏輯數據變化、誤動和死機。PLC 控制系統因信號引入干擾造成I/O模件損壞數相當嚴重，由此引起系統故障的情況也很多。

 

　　(5)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（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。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。例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當發生異常狀態加雷擊時，地線電流將更大。

 

　　此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內有會出現感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。若系統地與其它接地處理混亂，所產生的地環流可能在地線上產生不等電位分布，影響PLC 內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 的邏輯運算和數據存儲，造成數據混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。

 

　　(6)來自PLC系統內部的干擾：

 

　　主要由系統內部元器件及電路間的相互電磁輻射產生，如邏輯電路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。這都屬于PLC 制造廠對系統內部進行電磁兼容設計的內容，比較復雜，作為應用部門是無法改變，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應用實績或經過考驗的系統。

 

　　4、系統受干擾時，常會遇到以下幾種主要干擾現象：

 

　　(1)系統發指令時，電機無規則地轉動；

 

　　(2)信號等于零時，數字顯示表數值亂跳；

 

　　(3)傳感器工作時，PLC采集過來的信號與實際參數所對應的信號值不吻合，且誤差值是隨機的、無規律的；

 

　　(4)與交流伺服系統共用同一電源(如顯示器等)工作不正常。

 

　　5、怎樣才能更好、更簡單解決PLC系統干擾？

 

　　(1)理想狀態下是選用隔離性能較好的設備、選用優良的電源、動力線和信號線走線、電源接地要更加合理等等，但是需要不同設備廠商共同協作才能完成，很難做到，而且成本較高。

 

　　(2)利用模擬信號隔離器，有稱作信號變送器、屬于信號調理的范疇。其主要起抗干擾作用。正因為它有特強的抗干擾能力所以在自動化控制系統中應用非常廣泛。尤其對于復雜的工業現場，控制程序越來越復雜，信號隔離器對各種模擬量信號進行輸入、輸出、電源三端隔離，的確是當今自動化控制系統中抗干擾的有效措施之一。

 

　　6、為什么解決PLC系統干擾首選信號隔離器呢？

 

　　(1)使用簡單方便、可靠，成本低廉，可同時解決多種干擾。

 

　　(2)可大量減輕設計人員、系統調試人員工作量，即使復雜的系統在普通的設計人員手里，也會變的非常穩定可靠。

 

　　7、信號隔離器工作原理是什么？

 

　　首先將PLC接收的信號，通過半導體器件調制變換，然后通過光感或磁感器件進行隔離轉換，然后再進行解調變換回隔離前原信號或不同信號，同時對隔離后信號的供電電源進行隔離處理。保證變換后的信號、電源、地之間絕對獨立。