浅析PLC控制系统抗干扰问题

浅析ＰＬＣ控制系统抗干扰问题　王力黑龙江联通公司绥化分公司　　《ｌｉ　影响ＰＩ　ｃ控制系统可靠性的主要　而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，干扰源茨其成因进行了较为详尽的分析，从硬件　结构和软件蝙程两方面，探讨了ＰＬＣ控制系统抗　午扰的方法和措施，这些方法和措施的应用对提　高ＰＬＣ控制系统抗干扰能力具有普遍意义和实用　价值　（１）电源干扰防御措施　ＰＬ　Ｃ控制系统的电源，一般都是２２０Ｖ，而　使ＰＬ　Ｃ系统无法正常工作。ＰＬ　Ｃ控制系统的地　线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。　电网中大的感性负载、可控硅装置等设备的投　这样会引起各个接地点电位分布不均，不同接　切过程，很容易造成电压畸变或毛刺，畸变的　地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响　电源通过交流电源传给ＰＬ　Ｃ控制系统，形成强　系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接　大的干扰。因此，在系统设计时通常要采用以　地，如果电缆屏蔽层两端Ａ，Ｂ都接地，就存在　下措施来抑制干扰：　地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常情　况时，地线电流将更大。　ｉ　《９　可靠性，Ｓｔ，－Ｔ－￣，控制系统　１引言　ＰＬＣ（可编程控制器）作为一种自动化程　度高、配置灵活的工业生产过程控制装鼍，因　１）使用隔离变压器抑制从电源进线窜入的　高频干扰信号，对低频共模干扰信号也有一定　屏蔽层、按地线和大地也有可能构成闭合　的抑制作用。其初、次级之间的隔离屏蔽层，　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，而在工业领域得到　广泛应用。在ＰＬＣ控制系统中，虽然其Ｉ／Ｏ端　口输入，输出信号与总线信号之间均有隔离，　但由于ＰＬ　Ｃ的应用场合越来越广，受到的干扰　也就越来越多。这些都可能造成ＰＬＣ控制系统　可靠性降低，不能正常工作。因此，分析影　响ＰＬ　ｃ控制系统可靠性的因素，研究其解决措　环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内会出现　用锡箔或漆包线绕ｌ～３层接地。一般次级线圈　感应电流，通过屏蔽层和芯线之间的藕合干扰　不能接地。输入、输出线应用双绞线且屏蔽层　信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所　应可靠接地，以抑制共模干扰。　产生的地环流就可能在地线上产生电位分布，　２）使用集成电压调整器进行调整，以适应　交流电网的波动和过电压、欠电压的影响，并　影响ＰＬ　Ｃ内逻辑电路和模拟电路的正常工作。　ＰＬＣ工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电　对Ｃ　Ｐ　Ｕ核心部件所需要的＋５Ｖ电源采用多级滤　位的分布干扰容易影响Ｐ　Ｌ　Ｃ的逻辑运算和数据　波处理。尽量使电源线平行走线，使电源线对　存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟　地呈低阻抗，以减少电源噪声干扰。　地电位的分布将导致测量精度下降，ｇｌ起信号　测控失真和误动作。　２．４来自信号线引入的干扰　与ＰＬ　Ｃ控制系统连接的各类信号传输线，　施，对于提高ＰＬ　Ｃ控制系统可靠性具有重要的　作用，对于Ｐ　Ｌ　Ｃ的进一步推广应用也具有普遍　意义。　２、ＰＬＣ控制系统干扰的主要来源　２．１来自电源的干扰　因电源引入的干扰造成ＰＬＣ控制系统故障　３）在毫秒或微秒级的脉冲干扰信号中，高　次谐波成分较高。因此，可以采用低通滤波器　抑制高频干扰。　４）电网中，由于触点开关的启停，形成宽　量大时，仅凭低通滤波器来抑制高次谐波的干　除了传输有效的各类信息外，总会有外部干扰　频带的瞬变干扰，其能量是随机的。当干扰能　信号侵入。　此干扰主要有两种途径：一是通过变送器　扰往往达不到预期效果，用频谱均衡法抑制干　的情况很多，更换隔离性能好的ＰＬＣ电源，才　能解决问题。ＰＬ　Ｃ系统的正常供电电源均由电　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流。尤　供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电　扰，效果明显，但成本较高，不常用。　网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电　在实际控制系统的设计过程中，可根据现　磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干　场干扰的特点和具体的ＰＬ　Ｃ机型抗干扰能力等　扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起Ｉ／０　因素综合考虑选择抑制干扰的措施。其中隔离　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。　２．２来自空间的辐射干扰　信号工作异常，大大降低测量精度，严重时将　变压器是最常用的，因为ＰＬＣ、Ｉ／０模块电源通　引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还　常采用ＤＣ　２４Ｖ，市电只需经隔离变压器降压再　将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回　经整流桥整流滤波供给即可。　流，造成逻辑数据变化、误动和死机。ＰＬＣ控　（２）负载干扰的抑制　空间的辐射电磁场（ＥＭＩ），主要由电力　网络、电气设备的暂态过程、雷电，无线电广　播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生，　通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。其影响　主要通过荫条路径：一是直接对ＰＬＣ内部的辐　射，由电路感应产生干扰；二是对ＰＬＣ通信网　络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。　２．３来自接地系统混乱的干扰　制系统因信号引入干扰造成Ｉ／０模件损坏相当严　重，由此引起系统故障的情况也很多。　２．５来自ＰＬＣ系统内部的干扰　磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟　在控制系统中一般情况下都有许多具有储　能的负载。当控制触点切换时将产生高于电源　电压数倍甚至数十倍的反电动势，克服此类干　１）在直流感负载场合，可在负载的两端并　主要由系统内部元器件及电路问的相互电　扰的主要措施有：　电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元　接续流二极管（如图１），二极管要靠近负载，　器件间的相互不匹配使用等。要选择具有较多　其反向耐压值应是负载电压的４倍。　应用实绩或经过考验的系统。　３　ＰＬｃ控制系统语　时应考虑的抗干扰措施　３．１硬件抗干扰措施　ＰＬＣ控制系统正确的接地，是为了抑制电　磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；　２）在交流感应负载的场合，可以在负载的　两端并接ｃ　Ｒ浪涌吸收器，Ｃ　Ｒ越靠近负载越好　（如图２）。　ＪＩ　１　２０　ＦＯＲＴＵＮＥ　ＷＯＲＬＤ　２０１０　２　目　为了提高输入信号的信噪比，常采用软件　数字滤波来提高有用信号真实性。对于有大幅　—＿ｌ＿＿●●—＿＿———■●上接Ｐ１２３　０．４７　Ｆ二　ｃ　度随机干扰的系统，采用程序限幅法，即连续　入常数Ｃ之后系统就会自动绘制出校正的双对　数图即绘ｌｏｇ　…ｌｏｇＡｔ的关系图，绘校正的半　ＰＬＣ　—ｌＣ、　Ｉ　Ｒ　＿１＿　采样５次，若某一次采样数值远大于其他几次采　样的幅值，则舍之。对于流量、压力、液面、　位移等参数，往往在一定范围内频繁波动，则　对数图ＵＰＯｎ果为生产井（包括采油井和采气　井），绘（却¨十Ｐ　）…ＩｏｇＡｌ的关系图，如果为注　入井（包括注水井和注气井），绘　．－一　的关系图，如果在校正后的曲线上出现明显　的径向流并且半对数图上也有相应的径向流　反映，则选取该段进行分析，分析得出的相　图１直流感负载场合　采用算术平均法。即用ｎ次采样的平均值来代替　当前值。一般认为：流量ｎｌ＝ｌ２，压力ｎ２＝４时　最合适。　０。４７　Ｆ二　ｃ　ＰＬＣ　Ｔ申　（１）设置警戒时钟。如果程序循环扫描执　应的地层参数结果会在半对数图上显示。如　７行时间超过了规定的时间，预示程序进入死循　图５，６所示。　环，立即报警。　（２）信号保护和恢复。当偶尔性故障发生　图２交流感应负载场合　（３）系统输入干扰的抑制措施　时，不破坏ＰＬ　Ｃ内部的信号，一旦故障现象消　１）屏蔽　失，就可以恢复正常，继续原来的工作。　为限制内部的辐射电磁波越出某一区域　（３）故障诊断。系统软件定期地检测外界　环境，如掉电、欠电压，锂电池电压过低及强　和防止外来的辐射进入某一区域，对电源变压　器、中央处理器、编程器等主要部件，采用导　干扰信号等，以便及时反映和处理。　图５永９２０井模拟反卷积分析半对数图　（４）加强对程序的检查和校验。一旦程序　电、导磁性良好的材料进行屏蔽处理，以防止　有错，可立即报警，并停止执行程序。　外界干扰信号的影响。应尽量选择框架结构的　（５）对程序及动态数据进行储存。当停电　控制柜，同时要保证机柜的密封性能良好。　２）滤波　时利用存储卡或后备电池，保持有关信息和状　态数据不丢失。　对供电系统输入线路采用多种形式的滤波　４．结束语　处理，以消除和抑制高频干扰信号，同时也削　弱了两个模块间的相互影响。　Ｐ　Ｌ　Ｃ控制系统的传导抗干扰是是一个十分　图６　永９２０井模拟反卷积分析双对数图　复杂的问题，因此在工业控制领域应用中的各　从分析图上可以看出经过校正后双对数图　３）隔离　在微处理器与Ｉ／Ｏ电路之间，采用光电隔　个环节，包括设计、安装施工和运行维护等都　上出现明显的径向流段，解释结果对比如下：　必须综合考虑各方面的因素，充分认识传导干　永９２０井常规分析与模拟反卷积分析结果对比表　离措施，有效地把它们隔离开来．．以防外部的　扰机理，分析干扰来源及类型，从而采取有效　参数名称与符号　常规解释　模拟反卷积　差值　干扰信号及地线环路中产生的噪声电信号通　合理的抗干扰措施，保证系统运行的可靠性。　有效渗透率（Ｋ）　１　２９　１　３３　０　０４　过公共地线进入ＰＬＣ系统，从而影响其正常工　表皮因子（Ｓ）　２　５６　２　５２　０　０４　作。　从表中可以看出，模拟反卷积方法的分　（４）系统接地方式　析结果与常规解释的差值较小，两者吻合度较　ＰＬＣ控制柜盘与大地之间存在着电位差，　高，说明模拟反卷积方法比较适合胜利油田低　良好的接地可以减少电位差引起的干扰电流。　渗储层早期数据的处理。　混入电源和输入／输出信号线的干扰，可通过接　结论　地线引入大地，从而减少干扰的影响。此外，　通过对近３年地层测试早期数据统计分析，　良好的接地还可以有效地防止误动作，图３为控　经过综合对比演绎，模拟反卷积法更适合胜利　制系统接地的方式。图３ａ为控制器和其他设备　油田低渗储层的早期数据处理；　分别接地方式，这种接地方式最好。如果做不　到每个设备专用接地，也可以使用图３ｂ所示的　囊参礴　ｃｌ　囊ｉ　共用接地方式，但不允许使用图３ｃ所示的共通　…赵澄林等编，《特殊油气储层》，石油大学　出版社，１９９７　接地方式，特别应避免与电机、变压器等动力　【２】信荃麟，刘泽溶等编，　复杂油气勘探技术　国际学术研讨会论文集》，石油大学出版社，　甲　１９９８。　【３】李庆昌，吴虻等编，《砾岩油翔开发　，石　油工业出版社。１９９７　设备共通接地。　【４】孙贺东，周芳德，林加恩．气井试井早期　资料解释的模拟反卷积方法【Ｊ】．天然气工业，　（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）　２００２／Ｆ－Ｊｇ５期周瞪索号０２４５７ｌ８Ｏ６７６．　图３　ＰＬＣ接地　【５】程时清，李功权，卢涛等．双重介质油藏低速　非达西渗流试井有效井径数学模型及典型曲线　３．２软件抗干扰措施　【Ｊ１．天然气工业３９９７，１７（２）：３５－３７．　。　Ｉ