PLC控制系统的可靠性措施

浅谈PLC控制系统的可靠性措施
摘要：本文对plc控制系统的主要干扰源进行了分析，介绍了可供选用的抗干扰措施，在实际应用中，应根据系统的具体情况，有针对性地采用其中的某些抗干扰措施。

关键词：plc控制系统；可靠性；抗干扰措施
中图分类号：tp273.5 文献标识码：a 文章编号：1674-7712 （2013） 04-0066-01
plc是专门为工业环境设计的控制装置，一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工业环境中使用。

但是如果环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或者安装使用不当，都不能保证系统的安全正常运行。

干扰可能使plc接收到错误的信号，造成误动作，或者使plc内部数据丢失，严重时甚至会使系统失控。

在系统设计时，应采取相应的可靠性措施，以消除或减少干扰的影响，保证系统的正常运行。

一、电源的抗干扰措施
电源是干扰进入plc的主要途径之一，电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的，各种大功率用电设备是主要的干扰源。

在干扰较强或者对可靠性要求很高的场合，可以在plc的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器。

可以在互联网上搜索和选用电源滤波器或净化电源产品。

隔离变压器可以抑制从电源线窜入的外来干扰，提高抗高频共模干扰能力。

高频干扰信号不是通过变压器绕组的耦合，而是通过一
次，二次级绕组之间的分布电容传递的。

在一次、二次绕组之间加绕屏蔽层，并将它和铁心一起接地，可以减少绕组间的分布电容，提高抗高频干扰的能力。

动力部分、控制部分、plc、i/o电源应分别配线，系统的动力线应足够粗，以降低大容量异步电动机起动时的线路压降。

二、输入/输出的抗干扰措施
（一）布线的抗干扰措施。

数字量信号传输距离较远时，可以选用屏蔽电缆。

模拟信号和高速信号（例如旋转编码器的输出信号）应选择屏蔽电缆，通信电缆应按规定选取。

plc应远离强干扰源，例如大功率晶闸管装置、变频器、高频焊机和大型动力设备等。

plc不能与高压电器安装在同一个开关柜内，在柜内plc应远离动力线（两者之间的距离应大于200mm）。

信号线与功率线应分开走线，电力电缆单独走线，不同类型的线应分别装入不同的电缆管或电缆槽中，并使其有尽可能大的空间距离。

当数字量输入、输出线不能与动力线分开布线，且距离较远时，可以用继电器来隔离输入/输出线上的干扰。

i/o线与电源线应分开走线，并保持一定的距离。

如果不得已要在同一线槽中布线，应使用屏蔽电缆线。

交流线与直流线应分别使用不同的电缆，数字量、模拟量i/o线应分开敷设，后者应采用屏蔽线。

不同的信号线最好不用同一个插接件传接，如果必须用同一个插接件，要用备用端子或地线端子将它们分隔开，以减少相互干扰。

传送模拟信号的屏蔽线，其屏蔽层应一端接地，为了泄放高频干扰，数字信号线的屏蔽层应并联电位均衡线，其电阻应小于屏蔽层电阻的1/10，并将屏蔽层两端接地。

如果无法设置电位均衡线，或只考虑抑制低频干扰时，也可以一端接地。

如果模拟量输入/输出信号距离plc较远，应采用4～20ma的电流传输方式，而不是采用易受干扰的电压传输方式。

干扰较强的环境应选用有光电隔离的模拟量i/o模块，使用分布电容小、干扰抑制能力强的配电器为变送器供电，以减少对plc的模拟量输入信号的干扰。

对模拟量输入信号作数字滤波是减轻干扰的有效措施。

应短接未使用的a/d通道的输入端，以防止干扰电压通过它们进入plc，影响系统的正常工作。

（二）plc的接地。

良好的接地时plc安全可靠运行的重要条件，错误的接地会在不同的接地点之间产生地位差，引起接地环路电流，影响系统的正常工作。

模拟地电位的分布干扰将导致测量精确度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

plc与强电设备最好分别使用不同的接地装置，接地线的截面积应大于2mm2，接地点与plc的距离应小于50m。

在发电厂或变电站中有接地网络可供使用。

各控制屏和自动化元件可能相距甚远，若分别将它们在就接近的接地母线上接地，强电设备的接地电流可能在两个接地点之间产生较大的电位差，干扰控制系统的工作。

为防止不同信号回路接地线上的电流引起交叉干扰，必须分系统（例如以控制屏为单位）将弱电信号的内部地线接
通，然后各自用规定截面积的导线统一引到接地网络的某一点，从而实现控制系统一点接地的要求。

（三）防止变频器干扰的措施。

现在plc越来越多地与变频器一起使用，经常会遇到变频器干扰plc的正常运行，变频器已经成为plc最常见的干扰源。

变频器的主电路为交-直-交变换电路，工频电源被整流成直流电压信号，输出的是基波频率可变的高频脉冲信号，载波频率可能高达数十千赫兹。

变频器的输入电流为含有丰富的谐波的脉冲波，将通过电力线干扰其他设备。

变频器的输出主电路中也有丰富的谐波电流，所以变频器的主电路是辐射源，谐波电流通过电缆向空间辐射，干扰邻近的电气设备。

可以在变频器输入侧与输出侧串接电抗器，或安装谐波滤波器，以吸收谐波、抑制高频谐波电流。

将变频器放在控制柜内，并将其金属外壳接地，对高频谐波有屏蔽作用。

plc的信号线和变频器的输出线应分别穿管敷设，变频器的输出线一定要使用屏蔽电缆或穿钢管敷设，以避免辐射干扰和感应干扰。

（四）强烈干扰环境中隔离措施。

一般情况下，plc的输入/输出信号采用内部的隔离措施即可以保证系统正常运行。

因此一般没有必要在plc外部再设置干扰隔离器件。

在发电厂等工业环境，空间极强的电磁场和高电压、大电流断路器的通断将会对plc产生强烈的干扰。

由于现场条件的限制，有时
很长的强电电缆和plc的抵压控制电缆只能敷设在同一个电缆沟内，强电干扰在输入线上产生的感应电压和感应电流相当大，可能会使plc输入端的光耦合器中的发光二极管发光，使plc产生误动作。

在这种情况下，对于用长线引入plc的数字量信号，可以用小型继电器来隔离。

为了提高抗干扰能力，对长距离的plc的外部信号、plc和计算机之间的串行通信信号，可以考虑用光纤来传输和隔离，或者使用带光耦合器的通信接口。

（五）plc输出的可靠性措施。

如果用plc驱动交流接触器，应将额定电压为ac380v的交流接触器的线圈换成220v的。

在负载要求的输出功率超过plc的允许值时，应设置外部继电器。

plc输出模块内的小型继电器的触点小、断弧能力差，不能直接用于dc220v 的电路，必须通过外部继电器驱动dc220v的负载。

与plc装在同一个开关柜内的电感性元件，例如继电器、接触器的线圈，应并联rc消弧电路。

参考文献：
[1]廖常初.s7-200plc基础教程[m].机械工业出版社，2007-12.
[2]王成福.提高plc控制系统可靠性的措施[j].金华职业技术学院学报，2005（01）.。