PLC控制系統中電磁干擾的主要來(lái)源有哪些呢?
(1)來(lái)自空間的輻射干擾
空間的輻射電磁場(chǎng)(EMI)主要是由電力網(wǎng)絡(luò )、電氣設備的暫態(tài)過(guò)程、雷電、無(wú)線(xiàn)電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產(chǎn)生的,通常稱(chēng)為輻射干擾,其分布極為復雜。若PLC系統置于所射頻場(chǎng)內,就回收到輻射干擾,其影響主要通過(guò)兩條路徑;一是直接對PLC內部的輻射,由電路感應產(chǎn)生干擾;而是對PLC通信內網(wǎng)絡(luò )的輻射,由通信線(xiàn)路的感應引入干擾。輻射干擾與現場(chǎng)設備布置及設備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)大小,特別是頻率有關(guān),一般通過(guò)設置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護。
(2)來(lái)自系統外引線(xiàn)的干擾
主要通過(guò)電源和信號線(xiàn)引入,通常稱(chēng)為傳導干擾。這種干擾在我國工業(yè)現場(chǎng)較嚴重。
(3)來(lái)自電源的干擾
實(shí)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(guò),后更換隔離性能更高的PLC電源,問(wèn)題才得到解決。
PLC系統的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣,將受到所有空間電磁干擾而在線(xiàn)路上感應電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內部的變化,入開(kāi)關(guān)操作浪涌、大型電力設備起停、交直流轉動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等,都通過(guò)輸電線(xiàn)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(shí)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(lái)自信號線(xiàn)引入的干擾
與PLC控制系統連接的各類(lèi)信號傳輸線(xiàn),除了傳輸有效的各類(lèi)信號之外,總會(huì )有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑:一是通過(guò)變送器或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾,這往往被忽略;二是信號線(xiàn)受空間電磁輻射感應的干擾,即信號線(xiàn)上的外部感應干擾,這是很?chē)乐氐。由信號引入干擾會(huì )引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低,嚴重時(shí)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(xiàn)回流,造成邏輯數據變化、誤動(dòng)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(lái)自接地系統混亂時(shí)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(fā)出干擾;而錯誤的接地,反而會(huì )引入嚴重的干擾信號,使PLC系統將無(wú)法正常工作。PLC控制系統的地線(xiàn)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(gè)接地點(diǎn)電位分布不均,不同接地點(diǎn)間存在地電位差,引起地環(huán)路電流,影響系統正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)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(guò)屏蔽層,當發(fā)生異常狀態(tài)加雷擊時(shí),地線(xiàn)電流將更大。
此外,屏蔽層、接地線(xiàn)和大地有可能構成閉合環(huán)路,在變化磁場(chǎng)的作用下,屏蔽層內有會(huì )出現感應電流,通過(guò)屏蔽層與芯線(xiàn)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(chǎn)生的地環(huán)流可能在地線(xiàn)上產(chǎn)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(dòng)作。
(6)來(lái)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(chǎn)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(chǎng)對系統內部進(jìn)行電磁兼容設計的內容,比較復雜,作為應用部門(mén)是無(wú)法改變,可不必過(guò)多考慮,但要選擇具有較多應用實(shí)績(jì)或經(jīng)過(guò)考驗的系統。
怎樣才能更好、更簡(jiǎn)單解決PLC系統干擾?
1)選用隔離性能較好的設備、選用優(yōu)良的電源,動(dòng)力線(xiàn)和信號線(xiàn)走線(xiàn)要更加合理等等,也能解決干擾,但是比較煩瑣、不易操作而且成本較高。
2)利用信號隔離器這種產(chǎn)品解決干擾問(wèn)題。只要在有干擾的地方,輸入端和輸出端中間加上這種產(chǎn)品,就可有效解決干擾問(wèn)題。
為什么解決PLC系統干擾都選信號隔離器呢?
1)使用簡(jiǎn)單方便、可靠,成本低廉。
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(huì )變的非?煽。
信號隔離器工作原理是什么?
首先將PLC接收的信號,通過(guò)半導體器件調制變換,然后通過(guò)光感或磁感器件進(jìn)行隔離轉換,然后再進(jìn)行解調變換回隔離前原信號或不同信號,同時(shí)對隔離后信號的供電電源進(jìn)行隔離處理。保證變換后的信號、電源、地之間絕對獨立。
信號隔離器功能是什么?
一:保護下級的控制回路。
二:消弱環(huán)境噪聲對測試電路的影響。
三:抑制公共接地、變頻器、電磁閥及不明脈沖對設備的干擾;同時(shí)對下級設備具有限壓、額流的功能是變送器、儀表、變頻器、電磁閥PLC/DCS輸入輸出及通訊接口的忠實(shí)防護。標準系列導軌結構,易于安裝,可有效的隔離:輸入、輸出和電源及大地之間的電位。能夠克服變頻器噪聲及各種高低頻脈動(dòng)干擾。