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PLC控制系統及變頻器應用的抗干擾問題
- 發布時間：2007/4/12 17:00:51
修改時間：2007/4/12 17:00:51 瀏覽次數：1888
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一、隨著科學技術的發展，PIC在工業控制中的應用越來越廣泛。PLC控制系統的可靠性直接影響到工業企業的安全生產和經濟運行，系統的抗干擾能力是關系到整個系統可靠運行的關鍵。自動化系統中所使用的各類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產現場和各電機設備上，它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環境中。要提高PLC控制系統可靠性，一方面要求PLC生產廠家用提高設備的抗干擾能力，另一方面要求工程設計、安裝施工和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統的抗干擾性能。
1、 電磁干擾源及對系統的干擾
干擾類型通常按干擾產生的原因、嘈聲干擾和嘈聲的波形性質的不同劃分。其中：按嘈聲產生的原因不同，分為放電嘈聲、浪涌嘈聲、高頻振蕩嘈聲等。按嘈聲的波形、性質不同，分為持續嘈聲、偶發嘈聲等，按嘈聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共摸干擾是信號對地的電位差，主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態（同方向）電壓迭加所形成，共模電壓有時較大，特別是采用隔離性能差的配電器供電室，變送器輸送的共模電壓普遍較高，有的可高達130V以上。共模電壓通過不對稱電路可轉換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞（這就是一些系統I/0模件損壞率較高的主要原因），這種共模干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應及不平衡電路轉換共模干擾所形成的電壓，這種讓直接疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。安裝隔離變壓器能解決上述問題。
2、 來自電源的干擾
實踐證明，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，后更換隔離性能更高PLC電源，問題才能得到解決。
PLC系統的正常供電電源均由電網供電。由于電網覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓和電路。尤其是電網內部的變化，入開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網短路暫態沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。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。
3、 來自信號線引入的干擾
與PLC控制系統連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾，這往往被忽視，二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起I/0信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統總線回流，造成邏輯數據變化、誤動和死機。PLC控制系統因信號引入干擾造成I/0模件損壞數量相當嚴重，由此引起系統故障的情況也很多。
4、 主要抗干擾措施
（1）、采用性能優良的電源，抑制電網引如的干擾。在PLC控制系統中，電源占有極重要的地位，電網干擾串入PLC控制系統主要通過PLC系統的供電電源（如CPU電源、I/0電源等）、變送器供電電源和PLC系統具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入的。現在，對于PLC系統供電的電源，一般都采用隔離性能較好電源，而對于變送器供電的電源PLC系統有直接電氣連接的儀表的供電電源，并沒有受到足夠的重視，雖然采取了一定的隔離措施，但普遍還不夠，主要是采用的隔離器變壓器分布參數大，抑制干擾能力差，經電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。所以，對于變送器和共用信號儀表供電應選擇分布電容小、抑制帶大（如采用多次隔離和屏蔽及漏感技術）的配電器，以減少PLC系統的干擾。
（2）、電纜選擇的敖設，不同類型的信號分別有不同電纜傳輸，信號電纜應按傳輸信號種類分層敖設，嚴禁用同一電纜的不同導線同時傳送動力電源信號，避免信號線與動力電纜靠近平行敖設，以減少電磁干擾。
（3）、硬件濾波及軟件抗如果措施，信號在接入計算機前，在信號線與地間并接電容，以減少共模干擾，在信號兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。由于電磁干擾的復雜性，要根本消除迎接干擾影響是不可能的，因此PLC控制系統的軟件設計和組態時，還應在軟件方面進行抗干擾處理，進一步提高系統的可靠性。常用的一些措施：數字濾波和工頻整形采樣，可有效消除周期性干擾，定時效正參考電位，并采用動態零點，可有效防止電位漂移，采用信息技術，設計相應的軟件標志位，采用間接跳轉，設置軟件陷阱等提高軟件結構可靠性。
（4）、正確選擇地點完善接地系統，應采用直接接地方式。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低于1MHZ，所以PLC控制系統接地線采用一點接地和串聯一點接地方式。集中布置PLC系統適于并聯一點接地方式，個裝置的柜體重型接地點以單獨的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應采用串聯一點接地方式。用一根大截面銅母線連接個裝置的柜體中心接地點，然后將接地母線直接連接接地極，接地極采用截面大于22MM2的銅導線
二、在使用變頻器的幾個問題處理上
1、 變頻器的散熱問題
變頻器的故障率隨溫度的升高而高成指數上升，使用壽命隨溫度升高而成指數下降，環境溫度升高10℃，變頻器使用壽命減半。正確地使用變頻器，必須認真地考慮散若問題。
2、 變頻器產生的干擾及危害
變頻器中普遍使用了晶閘管或者整流二極管等非線性整流器件，其產生的諧波對電網將產生干擾，引起電網電壓畸變，影響電網的供電質量，高次諧波還會引起電動機定子銅耗、鐵耗的增加。
變頻器的輸出部分一般采用的是IGBT等開關器件，在輸出能量的同時將在輸出線上產生較強的輻射干擾，影響周邊電器的正常工作。從國外有關諧波的標準來看，單次電壓的畸變率在3%—6%，總電壓的畸變率在5%—8%的范圍內是可以接受的。
3、 針對以上問題采取的措施
（1）、降低變頻器周圍環境溫度的方法
變頻器通常安裝在控制柜中，如果帶有電抗器或制動電阻，最好和變頻器隔離開，如安裝在變頻器的上方或側上方比較好
（2）、在控制柜出風安裝冷卻風扇
4、減少或削弱變頻器諧波及電磁輻射干擾的方法
為了減少變頻器諧波對其它設備的影響，可以在變頻器的輸入輸出中采用交流/直流電抗器，多相脈沖整流器和濾波器等措施降低進線中的THDV，同時在用電設備系統中常用的方法通常有以下幾種。
1、 使用隔離變壓器
使用具有隔離層的隔離變壓器，可以將絕大部分的傳導干擾阻隔在隔離器之前，同時還可以兼有電源電壓變換的作用，隔離變壓器常用于控制系統中的儀表，PLC以及其他低壓小功率用電設備的抗干擾。
2、 使用濾波模塊或組件
目前市場上有很多專門用于抗干擾的濾波模快或組件，這些濾波器具有較強的抗干擾能力，同時還防止用電器本身的抗干擾傳給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能，對各類用電設備有很多好處。
