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西門子PLC控制系統(tǒng)的抗干擾性設(shè)計(jì)

    PLC與普通的計(jì)算機(jī)不同，它直接連接被控設(shè)備的電子設(shè)備，因此周圍存在很大的干擾。混入輸入電路的干擾，或感應(yīng)電壓，容易引起錯(cuò)誤的輸入信號(hào)，從而運(yùn)算出錯(cuò)誤的結(jié)果，引起錯(cuò)誤的輸出信號(hào)。因此，為了使控制器可靠地工作，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要采取一些有效的抗干擾措施。

    1．抗電源干擾的措施

    可以使用如圖4.14所示的隔離變壓器來抑制電網(wǎng)中的干擾信號(hào)，沒有隔離變壓器時(shí)，也可以使用普通變壓器。為了改善隔離變壓器的抗干擾效果，應(yīng)注意兩點(diǎn)。

    圖4.14    濾波器和隔離變壓器同時(shí)使用

    ·屏蔽層要良好接地。

    · 次級(jí)連接線應(yīng)使用雙絞線，以減少電源線間干擾。

    使用濾波器在一定頻率范圍內(nèi)有較好的抗電網(wǎng)干擾的作用，但是要選擇好濾波器的頻率范圍常常是困難的。為此，常的方法是既使用濾波器，同時(shí)也使用隔離變壓器，連接方法如圖4.14所示。

    注意：

    濾波器與隔離變壓器同時(shí)使用時(shí)，應(yīng)把濾波器接入電源，然后再接隔離變壓器。同時(shí)，隔離變壓器的初級(jí)和次級(jí)連接線要用雙絞線，且初、次級(jí)要分離開。

    此外，將控制器、I/O通道和其他設(shè)備的供電分離開（如圖4.12和圖4.13所示），也有助于抗電網(wǎng)干擾。

    2．控制系統(tǒng)的接地設(shè)計(jì)

    在控制系統(tǒng)中，良好的接地可以起到如下的作用。

    ·一般情況下，控制器和控制柜與大地之間存在電位差，良好的接地可以減少由于電位

    差引起的干擾電流。

    ·混入電源和輸入輸出信號(hào)線的干擾可通過接地線引入大地，從而減少干擾的影響。

    · 艮好的接地可以防止漏電流產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。

    可見，良好的接地可以有效地防止干擾引起的誤動(dòng)作，控制系統(tǒng)的接地一般有如圖4.15所示的3種方法。

    圖4.15    控制系統(tǒng)的接地方法

    其中圖4.15 (a)為控制器和其他設(shè)備分別接地方式，這種接地方式好。如果做不到每個(gè)設(shè)備接地，也可使用圖4.15 (b)的其用接地方法。一般不能使用圖4.15 (c)所示的其通接地方法，特別是應(yīng)避免與電動(dòng)機(jī)、變壓器等動(dòng)力設(shè)備共通接地。

    在設(shè)計(jì)接地時(shí)，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

    ·采用共通接地方式，接地電阻應(yīng)小于100Ω。

    ·接地線應(yīng)盡量粗，一般用大于2mm2的接地線。

    ·接地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近控制器，接地點(diǎn)與控制器之間的距離不大于50m。

    ·接地線應(yīng)盡量避開強(qiáng)電回路和主回路的電線，不能避開時(shí)，應(yīng)垂直相交，應(yīng)盡量縮短平等直線的長度。

    3．防I/O干擾的措施

    (1)從抗干擾角度選擇I/O模塊

    從抗干擾的角度來看，I/O模塊的選擇要考慮下列因素。

    ·輸入輸出信號(hào)與內(nèi)部回路隔離的模塊比非隔離的模塊抗干擾性能好。

    ·晶體管型等的無觸點(diǎn)輸出的模塊比有觸點(diǎn)輸出的模塊在控制器側(cè)產(chǎn)生的干擾小。

    ·輸入模塊允許的輸入信號(hào)ON-OFF電壓差大，抗干擾性能好；OFF電壓高，對(duì)抗感應(yīng)電壓是有利的。

    ·輸入信號(hào)響應(yīng)時(shí)間慢的輸入模塊抗干擾性能好。

    (2)防輸入信號(hào)干擾的措施

    輸入設(shè)備的輸入信號(hào)中的線間干擾（差模干擾）用輸入模塊的濾波可以使其衰減，這是沒有問題的。然而，輸入信號(hào)線與大地間的共模干擾在控制器內(nèi)部回路產(chǎn)生大的電位差，是引起控制器誤動(dòng)作的主要原因。為了抗共模干擾，控制器要良好接地。

    如圖4.16所示，在輸入端有感性負(fù)荷時(shí)，為了防止反沖感應(yīng)電勢(shì)損壞模塊，在負(fù)荷兩端并接電容C和電阻R（交流輸入信號(hào)），或并接續(xù)流二極管D（直流輸入信號(hào)）。如果與輸入信號(hào)并接的電感性負(fù)荷大時(shí)，使用繼電器中轉(zhuǎn)效。交流輸入方式時(shí)，C、R的選擇要適當(dāng)才能起到較好的效果。一般情況下的參考數(shù)值為：負(fù)荷容量在IOVA以下，選O.1μF+120Ω;負(fù)荷容量在10VA以上時(shí)，選0.47μF+47Ω。

    輸入電路中的感應(yīng)電壓的存在也是產(chǎn)生干擾信號(hào)的一個(gè)重要因素。圖4.17是感應(yīng)電壓產(chǎn)生示意圖，由圖可知，感應(yīng)電壓是通過下列因素產(chǎn)生的。

    圖4.16    與輸入信號(hào)并接感性負(fù)荷時(shí)

    圖4.17    電路中感應(yīng)電壓的產(chǎn)生

    ·輸入信號(hào)線間的寄生電容Cs1。

    ·輸入信號(hào)線與其他線間的寄生電容Cs。

    ·與其他線，特別是大電流線的電氣耦合M。

    對(duì)于感應(yīng)電壓干擾，可以采取下面的3種措施。

    ·輸入電壓的直流化。如果可能的話，在感應(yīng)電壓大的場(chǎng)合，改交流輸入為直流輸入。

    ·在輸入端并接浪涌吸收器。

    ·在長距離配線和大電流的場(chǎng)合，感應(yīng)電壓大，可用繼電器轉(zhuǎn)換。

    (3)防輸出信號(hào)干擾的措施

    輸出信號(hào)干擾的產(chǎn)生：感性負(fù)載場(chǎng)合，輸出信號(hào)由“OFF”變成“ON”時(shí)產(chǎn)生突變電流；從“ON”變成“OFF”時(shí)產(chǎn)生反向感應(yīng)電勢(shì)；另外，電磁接觸器等接點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生電弧。所有這些，都有可能產(chǎn)生干擾。

    根據(jù)負(fù)載的不同，防止輸出信號(hào)干擾的措施主要有以下幾條。

    ·交流感性負(fù)載的場(chǎng)合：在負(fù)載的兩端并接RC浪涌吸收器，如圖4.18 (a)所示，RC越靠近負(fù)載，其抗干擾效果越好。

    ·直流感性負(fù)載的場(chǎng)合：在負(fù)載的兩端并接續(xù)流二極管D，如圖4.18 (b)所示，二極管也要靠近負(fù)載，其反向耐壓應(yīng)是負(fù)載電壓的4倍。

    圖4.18    防止感性負(fù)載干擾的措施

    ·在開關(guān)時(shí)產(chǎn)生干擾較大的場(chǎng)合，對(duì)于交流負(fù)載可使用雙向晶閘管輸出模塊。

    ·交流接觸器的觸點(diǎn)的開、閉時(shí)產(chǎn)生電弧干擾，可在觸點(diǎn)兩端連接RC浪涌吸收器，如圖4.19( a)所示。要注意的是，通過RC浪涌吸收器會(huì)有一定的漏電流產(chǎn)生。

    ·存在電動(dòng)機(jī)或變壓器開關(guān)干擾時(shí)，可在線間采用RC浪涌吸收器，如圖4.19( b)

    所示。

    圖4.19    防止大容量負(fù)載干擾的措施

    從防止輸出干擾的角度來考慮控制器輸出模塊的選擇，在有干擾的場(chǎng)合要選用裝有浪涌吸收器的模塊。沒有浪涌吸收器的模塊，*用于電子式或電動(dòng)機(jī)的定時(shí)、小型繼電器、指示燈的驅(qū)動(dòng)等場(chǎng)合。

    (4)防止外部接線干擾的措施

    控制器外部輸入輸出的接線不當(dāng)，很容易造成信號(hào)間的干擾。為了防止或減少外部接線產(chǎn)生的干擾，可以采取以下措施。

    ·交流輸入輸出信號(hào)與直流輸入輸出信號(hào)分別使用各自的電纜。

    ·集成電路或晶體管設(shè)備的輸入信號(hào)線，需要使用屏蔽電纜。屏蔽電纜中屏蔽線處理，在輸入／輸出設(shè)備側(cè)懸空，而在控制器側(cè)接地。

    ·控制器的接地線與電源線或動(dòng)力線分開。

    ·輸入輸出信號(hào)線與高電壓、大電流的動(dòng)力線分開。

    ·30m以下的短距離時(shí)，直流和交流輸入／輸出信號(hào)線不要使用同一電纜，必須使用同一電纜時(shí)，直流輸入／輸出信號(hào)線要使用屏蔽電纜。

    ·30m~ 300m中距離的場(chǎng)合，不管直流還是交流信號(hào)，輸入／輸出線都不能使用同一根電纜，輸入信號(hào)線一定要用屏蔽線。

    ·300 m以上的長距離場(chǎng)合，可考慮使用中間繼電器轉(zhuǎn)接信號(hào)，或使用遠(yuǎn)程I/O通道。

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