分析PLC現(xiàn)場干擾問題
一、基本原理
現(xiàn)場引起干擾的原因很多，要解決干擾問題，須先找出引起干擾的原因，再針對(duì)問題進(jìn)行解決。有些干擾可以事后想補(bǔ)求辦法，有些干擾事后解決就會(huì)非常麻煩。象布線一般在施工時(shí)就有要求，否則在現(xiàn)場重新布線存在很大的困難，有時(shí)候根本就不允許。
引起干擾的原因基本上是電流改變產(chǎn)生磁場，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射;磁場改變產(chǎn)生電流，電磁高速產(chǎn)生電磁波。在現(xiàn)場有四種情況可以引起這樣的變化：
1、強(qiáng)電干擾：
儀表信號(hào)、PLC控制信號(hào)都為弱電，易受強(qiáng)電干擾。所以要求在柜外布線時(shí)(在電纜溝、電纜橋架、穿管等敷設(shè)方式)，將通訊線、信號(hào)線、控制線等弱電信號(hào)遠(yuǎn)離強(qiáng)電，間距不得少于20CM。電纜溝多層時(shí)，要求弱電電纜敷設(shè)在強(qiáng)電電纜下方。
2、柜內(nèi)干擾：
PLC不能和高壓電器安裝在同一個(gè)開關(guān)柜內(nèi)，PLC的輸出采用中間繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)外部開關(guān)量信號(hào)的隔離。如果現(xiàn)場條件限制，輸入信號(hào)不能和強(qiáng)電電纜有效的隔離，可用小型繼電器來隔離輸入端的開關(guān)量信號(hào)。當(dāng)然PLC來自控制柜內(nèi)的輸入信號(hào)和距控制柜不遠(yuǎn)的輸入信號(hào)一般沒有必要用繼電器隔離。
控制柜內(nèi)的有很多信號(hào)線。如走線混亂，會(huì)引起設(shè)備誤動(dòng)作，檢查起來卻相當(dāng)麻煩。所以在控制柜設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到這種情況，設(shè)備分層罷放，走線清晰。成套時(shí)，將PLC的IO線和大功率線分開走線，如必須在同一線槽內(nèi)，分開捆扎交流線、直流線，如條件允許，分槽走線，并使其有盡可能大的空間距離，力求將干擾降到zui低限度。
不同的信號(hào)線不用同一個(gè)插接件轉(zhuǎn)接，如必須用同一個(gè)插接件，要用備用端子或地線端子將它們分隔開，以減少相互干擾。
PLC不能和高壓電器安裝在同一個(gè)開關(guān)柜內(nèi)，在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線(二者之間距離應(yīng)大于200mm)。與PLC裝在同一個(gè)柜子內(nèi)的電感性負(fù)載，如繼電器、接觸器的線圈，應(yīng)并聯(lián)RC消弧電路。
3、信號(hào)線的抗干擾
信號(hào)線承擔(dān)著檢測信號(hào)和控制信號(hào)的傳輸任務(wù)，傳輸質(zhì)量直接影響到整個(gè)控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性。對(duì)信號(hào)線的干擾主要是來自空間的電磁輻射，有差模干擾和共模干擾兩種。
差模干擾是指疊加在測量信號(hào)線上的干擾信號(hào)，這種干擾大多是頻率較高的交變信號(hào)，其來源一般是耦合干擾。抑制常態(tài)干擾的方法有：
在輸入回路接RC濾波器或雙T濾波器;盡量采用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，由于這種積分器工作的特點(diǎn)，具有一定的消除高頻干擾的作用;
將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)再傳輸。
共模干擾是指信號(hào)線上共有的干擾信號(hào)，一般是由被測信號(hào)的接地端與控制系統(tǒng)的接地端存在一定的電位差引起的，這種干擾在兩條信號(hào)線上的周期、幅值基本相等情況下，采用上面的方法無法消除或抑制。方法如下：
采用雙差分輸入的差動(dòng)放大器，這種放大器具有很高的共模抑制比;
輸入線采用絞合線，絞合線能降低共模干擾，其感應(yīng)互相抵消;
采用光電隔離的方法，可以消除共模干擾;
使用屏蔽線，并單邊接地;
為避免信號(hào)失真，對(duì)于較長距離傳輸?shù)男盘?hào)要注意阻抗匹配。
4、變頻器干擾
一是變頻器啟動(dòng)及運(yùn)行過程中產(chǎn)生諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，引起電網(wǎng)電壓畸變，影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量;二是變頻器的輸出會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射干擾，影響周邊設(shè)備的正常工作。
變頻器的干擾處理比較麻煩，一般有下面幾種：
A、加隔離變壓器。主要是針對(duì)來自電源的傳導(dǎo)干擾。可以將絕大部分的傳導(dǎo)干擾阻隔在隔離變壓器之前。同時(shí)還兼有電源電壓變換的作用。
B、使用濾波器
濾波器分有源和無源兩種，一般采用無源濾波即會(huì)有效果。這些濾波器具有較強(qiáng)的抗*力，還具有防止將設(shè)備本身的干擾傳導(dǎo)給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。
C、輸出電抗器
在變頻器到電動(dòng)機(jī)之間增加交流電抗器主要是減少變頻器輸出在能量傳輸過程中線路產(chǎn)生電磁輻射，影響其它設(shè)備正常工作。電抗器必須裝在距離變頻器zui近的地方。如果使用鎧裝電纜作為變頻器與電動(dòng)機(jī)的連線時(shí)，可不使用這種方法。但電纜的鎧要在變頻器端可靠接地，接地的鎧要原樣不動(dòng)，不能鈕成繩或辨，不能用其它導(dǎo)線延長，變頻器側(cè)要接在變頻器的地線端子上，再將變頻器接地。
5、通訊干擾：用隔離通訊方式或用巨騰的串口轉(zhuǎn)光纖環(huán)模塊。
二、貳、線(先天良后天足)
1、線材必須對(duì)
開關(guān)量信號(hào)(如按鈕、限位開關(guān)、接近開關(guān)等提供的信號(hào))一般對(duì)電纜無特殊要求，可選用一般的電纜，信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)時(shí)，可選用屏蔽電纜。
模擬信號(hào)和高速信號(hào)線(如脈沖傳感器、計(jì)數(shù)碼盤等提供的信號(hào))應(yīng)選擇屏蔽電纜。
通訊電纜要求可靠性高，有的通信電纜的信號(hào)頻率很高，一般應(yīng)選擇PLC生產(chǎn)廠家提供的電纜，在要求不高或信號(hào)頻率較低時(shí)，也可以選用帶屏蔽的雙絞線電纜，但品質(zhì)要好。
2、管路布線須正確
將通訊線、信號(hào)線、控制線等弱電信號(hào)遠(yuǎn)離強(qiáng)電，間距不得少于20CM。電源電壓220V以上、電流10A以上的電源電纜與信號(hào)電纜之間的距離應(yīng)該大于60CM。
隔離強(qiáng)電或遠(yuǎn)離高頻干擾源(如大功率可控硅裝置、變頻器、高頻焊機(jī)和大型動(dòng)力線)。
在現(xiàn)場按如上處理后如仍無法解決干擾，在管線上套用用金屬管或金屬網(wǎng)。
三、叁、地
1、安全地或電源接地;
將電源線接地端和柜體連線接地為安全接地。如電源漏電或柜體帶電，可從安全接地導(dǎo)入地下，不會(huì)對(duì)人造成傷害。
2、系統(tǒng)接地或主地
如圖所示，PLC控制器為了與所控的各個(gè)設(shè)備同電位而接地，叫系統(tǒng)接地。接地電阻值不得大于4Ω。
如圖所示，一般需將PLC設(shè)備系統(tǒng)地和控制柜內(nèi)開關(guān)電源負(fù)端接在一起，為控制系統(tǒng)地。ANCO公司的OPEN_PLC系統(tǒng)地為電源模塊上GND端。
上圖為控制柜和信號(hào)線的接地示意圖。一般要求信號(hào)線必須要有*的參考地，屏蔽電纜遇到有可能產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾的場合，也要在就地或者控制室*接地，防止形成“地環(huán)路”。
3、信號(hào)與屏蔽接地
1) 信號(hào)線接地
開關(guān)量信號(hào)不需要接地。模塊量信號(hào)要做接地處理。如下所圖，對(duì)各種線制的接地都有說明。
a.2線制傳送器信號(hào)，采用電源接地
b.3線式傳送器加隔離或采用隔離輸入模塊
c.4線式傳送器在傳送端接地。若非要在接收端接地，切記傳送端要懸空。
2)屏蔽地接地只能單點(diǎn)接地(若高頻則兩端接地，一般模擬信號(hào)傳輸以防干擾為主，不宜兩端接地)
3)通訊接地
如果485通訊為非隔離，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電源(5V，GND)的GND必須接地。485通訊采用隔離，如下圖所示;單點(diǎn)接地通訊全更穩(wěn)定。 通訊線使用屏蔽雙絞線，所以對(duì)屏蔽線要進(jìn)行接地-單點(diǎn)接地通訊線使用屏蔽雙絞線，所以對(duì)屏蔽線要進(jìn)行接地-單點(diǎn)接地現(xiàn)場情況錯(cuò)蹤復(fù)雜，會(huì)對(duì)信號(hào)線產(chǎn)生各種干擾，如何用簡單的測試設(shè)備來判斷是否存在干擾?步驟如下：
1)用萬用表AC檔檢測接收端 十
一，如受干擾會(huì)產(chǎn)生交流信號(hào)。如果這個(gè)信號(hào)不大，則對(duì)信號(hào)采集影響很小，幾乎沒有。如果這個(gè)交流信號(hào)大，則會(huì)影響數(shù)值，需想辦法解決。
2)看一端是否接地?如接地是否存在懸空或接地不良情況。用萬用表測一端和地(可以是系統(tǒng)地，也可以是信號(hào)地)之間的電壓差。
3)若存在交流電壓，則表示存在干擾;
4)若沒有交流電壓，有直流電壓差。這個(gè)電壓差大，影響系統(tǒng);差值小，則影響小，可忽略不計(jì)。
5)再看屏蔽層是否接地，是單點(diǎn)接地還是雙點(diǎn)接地?一般為單點(diǎn)接地。
4.2、接地線是否存在干擾?
1)將信號(hào)線折下，用萬用表相應(yīng)檔測信號(hào)線，信號(hào)正常，則OK!
2)確定負(fù)端是否接地，若是則OK!沒有接地在(傳感器端接地)。
3)如情況還沒有解決，在接收端信號(hào)線上加隔離器。
對(duì)前面三地做一個(gè)總結(jié)，在一個(gè)工程中，接地處理注意下面幾個(gè)方面：
1、機(jī)體接交流電源的Gnd并接地。
2、柜內(nèi)用到的直流電源，將直流電源的地端接到系統(tǒng)地。
3、傳送模擬信號(hào)的屏蔽線進(jìn)行單點(diǎn)接地。若為了泄放高頻干擾，數(shù)字信號(hào)線的屏蔽層應(yīng)并聯(lián)電位均衡線，其電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10，并將屏蔽層兩端接地。若干擾還是無法解決，加隔離器。
4、通訊線全接地，否則改成全隔離或者轉(zhuǎn)成光纖通訊，不受任何干擾。
5、屏蔽接地電極與變壓器零線等其它強(qiáng)電設(shè)備接地電極的距離大于15m。
6、信號(hào)線必須要有*的參考地，屏蔽電纜遇到有可能產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾的場合，也要在就地或者控制室*接地，防止形成“地環(huán)路”。
四、4P(四項(xiàng)專業(yè))
4P含設(shè)計(jì)、現(xiàn)場施工、試車、現(xiàn)場測試四個(gè)部分。每一部分的工作都需要懂技術(shù)、有經(jīng)驗(yàn)的工程人員來完成;
1、設(shè)計(jì)
品質(zhì)是設(shè)計(jì)出來的，在工程zui初設(shè)計(jì)階段，工程師就考慮到所有可能發(fā)生的干擾現(xiàn)象。一般有下面幾個(gè)方面：
A、接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(參考三地處理原則)
B、管線的設(shè)計(jì)，應(yīng)選合適的信號(hào)線、通訊線，作保守的管路設(shè)計(jì)，尤其是通訊管路采用全程金屬管。
C、電源設(shè)計(jì)，尤其是有變頻器應(yīng)用的場合，需特別注意電源的隔離。
D、系統(tǒng)的通訊是系統(tǒng)zui關(guān)健的部分，要做到*的穩(wěn)定可靠。
E、信號(hào)和模塊類型的匹配
開關(guān)量模塊、模擬量模塊和傳感器、通訊線等選型必須由經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師來進(jìn)行，比如模擬量模塊并不一定選用隔離模塊，但在什么情況下選用隔離模塊就須要有豐富工程經(jīng)驗(yàn)。一般如下：
Ø 開關(guān)量采用無源接點(diǎn)輸入，不使用有源輸入;
Ø 模擬量采用隔離方式
Ø 通訊線進(jìn)行隔離或采用光纖
Ø 模擬量信號(hào)只能單邊接地。
2、現(xiàn)場施工
工程現(xiàn)場條件錯(cuò)綜復(fù)雜，必須由相當(dāng)施工經(jīng)驗(yàn)的工程師來進(jìn)行現(xiàn)場施工指揮，
zui大限度的減少各種干擾。進(jìn)場前，需由工程設(shè)計(jì)人員對(duì)現(xiàn)場工程師進(jìn)行相關(guān)事項(xiàng)的說明，包括各個(gè)注意事項(xiàng)，特殊施工要求等等。現(xiàn)場施工人員需進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)。施工人員必須按圖施工，對(duì)線路要標(biāo)示清楚，特別是接地線不可遺漏。有時(shí)一條線接錯(cuò)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)有問題。
3、現(xiàn)場測試
測試講究方法，分步驟進(jìn)行。出現(xiàn)問題后要善于分析，系統(tǒng)化、有條理的進(jìn)行。分步驟進(jìn)行測試，找出問題所在，再對(duì)問題進(jìn)行相應(yīng)處理。
4、試車
試車的工作需各個(gè)單位配合，事前需制訂詳細(xì)的計(jì)劃，現(xiàn)場統(tǒng)一指揮，分工合作以確保試車有效及安全。
在實(shí)際工作中，試車的計(jì)劃往往被忽略，如果事先沒有做好協(xié)調(diào)工作，場面會(huì)亂作一團(tuán)。因此必須由經(jīng)驗(yàn)豐富人士進(jìn)行各方面協(xié)調(diào)。
五、五種技術(shù)
1、儀表技術(shù)
儀表的選型非常重要，若選型不對(duì)將無法使用，給后續(xù)工作帶來很大的不便。在使用前，需對(duì)儀表進(jìn)行校準(zhǔn)，以便測試準(zhǔn)確。所以對(duì)儀表有兩個(gè)要求，選型正確，測量準(zhǔn)確。
2、PLC設(shè)計(jì)
包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、柜體設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、接線設(shè)計(jì)等，在設(shè)計(jì)過程中需考慮到前面說到的一道、二天、三地。
3、現(xiàn)場技術(shù)
指接地、電源、管路布置、電纜敷設(shè)、施工安全等技術(shù)，正規(guī)施工會(huì)有一系列報(bào)導(dǎo)手則。比如說電纜，大到走線方式，小于壓接端子都有要求。
4、通訊技術(shù)
指系統(tǒng)通訊設(shè)計(jì)，通訊線選型及布線、施工、測試等。通訊一般根據(jù)工程需要選擇。
5、SCADA技術(shù)
指系統(tǒng)設(shè)計(jì)、上位機(jī)組態(tài)畫面、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、打印報(bào)表設(shè)計(jì)等，為方便操作和管理自控系統(tǒng)進(jìn)行人性化設(shè)計(jì)。
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