姚永紅

（廣東省城市建設(shè)高級(jí)技工學(xué)校，廣州 510650）

0 前言

PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)系到系統(tǒng)能否長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。下面將增強(qiáng)PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力、提高其可靠性的一些具體措施予以羅列，供同行參考。

1 影響PLC控制系統(tǒng)可靠性的主要因素

當(dāng)PLC工作環(huán)境過(guò)于惡劣、電磁干擾特別強(qiáng)或安裝不恰當(dāng)時(shí)，可能使其收到錯(cuò)誤信號(hào)，造成誤動(dòng)作；或使其系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)丟失；嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)蛊涫Э?，影響可靠性?/p>

PLC控制系統(tǒng)的干擾信號(hào)主要有電弧干擾、反電勢(shì)干擾、電子干擾、電源干擾，以及線路之間產(chǎn)生的干擾等幾種形式。其來(lái)源主要有：

（1）控制系統(tǒng)供電電源的波動(dòng)以及電源電壓中高次諧波所引起的干擾。

（2）其它設(shè)備或空中強(qiáng)電場(chǎng)通過(guò)分布電容耦合到系統(tǒng)中所引起的干擾。

（3）鄰近的大容量電氣設(shè)備起動(dòng)、停止時(shí)，因電磁感應(yīng)產(chǎn)生的干擾。

（4）相鄰信號(hào)線絕緣低，通過(guò)導(dǎo)線絕緣電阻引入的干擾。

2 提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的具體措施

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)干擾信號(hào)的不同種類(lèi)和來(lái)源，采取相應(yīng)措施，可消除（或減?。└蓴_對(duì)系統(tǒng)的影響。消除（或減?。└蓴_的措施主要是從阻斷干擾信號(hào)入侵途徑、降低系統(tǒng)對(duì)干擾信號(hào)的敏感性兩方面入手。此外，對(duì)PLC進(jìn)行正確控制，使用可靠性高的外圍元件，也可以提高PLC控制系統(tǒng)可靠性。

2.1 提高供電電源可靠性

2.1.1 抑制從電源竄入的干擾

電源是干擾信號(hào)進(jìn)入PLC控制系統(tǒng)的主要途徑，干擾信號(hào)主要通過(guò)供電線路的阻抗耦合進(jìn)入系統(tǒng)，各種大功率用電設(shè)備是主要的干擾源。針對(duì)電源干擾的這一特點(diǎn)，采取如下措施：

（1）在干擾較強(qiáng)或?qū)煽啃砸筝^高的場(chǎng)合，在交流電源輸入端接入圖1所示的帶屏蔽的隔離變壓器和低通濾波器。

圖1 低通濾波電路與隔離變壓器

隔離變壓器的屏蔽層接地后可抑制從電源線竄入的外來(lái)干擾，從而提高系統(tǒng)抗高頻共模干擾的能力。

低通濾波器可以吸收掉電源中的絕大部分“毛刺”。壓敏電阻Rv的擊穿電壓略高于PLC正常工作的最高電壓，遇尖峰脈沖時(shí)被擊穿，電壓被鉗位在擊穿電壓，尖峰脈沖消失后壓敏電阻又恢復(fù)正常狀態(tài)。

變壓器一、二次側(cè)繞組之間加屏蔽層，并將它和鐵心一起接地，可以減小繞組間的分布電容，提高抗高頻差模干擾的能力。

（2）在電源前面加裝現(xiàn)成的電源濾波器，能有效地抑制電源線、線之間和線、地之間的干擾。

（3）使用DC220V電源（如蓄電池）給PLC供電，可顯著減小來(lái)自交流電源的干擾，在交流電源消失時(shí)，還能保證PLC的正常工作，是抑制電源干擾的有效措施。

對(duì)直接對(duì)220V交流電源進(jìn)行整流的PLC，其開(kāi)關(guān)電源輸入電壓范圍相當(dāng)寬，可以使用220V的直流電源。使用直流電源時(shí)，有兩只二極管承受全部負(fù)載電流，因PLC的電源輸入電流很小，且整流橋留有較大裕量，實(shí)踐證明使用DC220V供電是可行的。

（4）條件允許時(shí)，可對(duì)PLC采用單獨(dú)的供電回路，以免大容量設(shè)備起動(dòng)、停止對(duì)其產(chǎn)生干擾；照明線路的干擾比動(dòng)力線小得多，其電源可以取自照明線路。

（5）外部輸入電路用的外接直流電源最好采用穩(wěn)壓電源，那種僅將交流電整流、濾波的電源含有較強(qiáng)的紋波，可能使PLC收到錯(cuò)誤信息。

2.1.2 抑制系統(tǒng)內(nèi)其它電路產(chǎn)生的干擾

為防止輸入信號(hào)受干擾、感應(yīng)電勢(shì)損壞模塊，當(dāng)輸入端有感性元件時(shí)，應(yīng)按圖2所示接續(xù)流二極管或RC吸收電路。當(dāng)輸出端接感性負(fù)載時(shí)，為防止輸出信號(hào)變化時(shí)產(chǎn)生突變電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，應(yīng)按圖3所示接續(xù)流二極管或RC吸收電路。

圖2 輸入電路的處理

（a）直流負(fù)載 （b）交流負(fù)載

2.2 合理選擇、布置電線電纜，選擇合適的盤(pán)柜安裝位置

數(shù)字量信號(hào)一般對(duì)線纜無(wú)嚴(yán)格要求，可選用一般電纜；當(dāng)傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，可選用屏蔽電纜。模擬信號(hào)和高速數(shù)字信號(hào)應(yīng)選擇屏蔽電纜。通訊信號(hào)對(duì)線纜要求較高，信號(hào)頻率大于10MHz時(shí)應(yīng)選擇光纖等專(zhuān)用線纜；在要求不高或信號(hào)頻率較低時(shí)，可選擇屏蔽電纜或雙絞線。

PLC控制柜的安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離大功率晶閘管裝置等強(qiáng)干擾源。PLC不允許與高壓電器設(shè)備安裝在同一柜內(nèi)；在同一柜內(nèi)PLC與動(dòng)力線之間的距離應(yīng)大于200mm；與PLC裝在同一個(gè)柜內(nèi)的繼電器、接觸器的線圈等感性元件，應(yīng)在其兩端并聯(lián)消弧回路。

信號(hào)線與動(dòng)力線應(yīng)分開(kāi)走線。不同類(lèi)型的線應(yīng)分別裝入不同的電纜管槽中，并使其有盡可能大的空間距離，信號(hào)線應(yīng)盡量靠近地線或接地的金屬導(dǎo)體。

當(dāng)數(shù)字量I/O線不能與動(dòng)力線分開(kāi)時(shí)，可用繼電器來(lái)隔離I/O線上的干擾。當(dāng)信號(hào)線距離超過(guò)300m時(shí)，可采用中間繼電器來(lái)轉(zhuǎn)接信號(hào)或使用遠(yuǎn)程I/O模塊。

信號(hào)線與電源線應(yīng)分開(kāi)走線，并保持一定的距離。如不得已要在同一電纜槽內(nèi)布線時(shí)，應(yīng)使用屏蔽電纜。交流線與直流線應(yīng)分別使用不同的電纜；I/O線的長(zhǎng)度超過(guò)300m時(shí)，輸入線與輸出線應(yīng)分別使用不同的電纜；數(shù)字量I/O線、模擬量I/O線應(yīng)分開(kāi)敷設(shè)，模擬量I/O線應(yīng)使用屏蔽線。如果模擬量I/O信號(hào)離PLC較遠(yuǎn)時(shí)，需用4～20mA或0～10mA的電流傳輸方式。不能用電壓傳輸方式。

傳送模擬信號(hào)線的屏蔽層應(yīng)一端接地，以便泄放高頻干擾信號(hào)。數(shù)字信號(hào)線的屏蔽層應(yīng)并聯(lián)電位均衡線，均衡線電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10，屏蔽層兩端接地。無(wú)法設(shè)置電位均衡線或只考慮抑制低頻干擾時(shí)，也可一端接地。

不同的信號(hào)線最好使用不同的插接件轉(zhuǎn)接，如必須用同一插接件轉(zhuǎn)接時(shí)，要用備用端子或接地端子將其隔開(kāi)，以減小相互干擾。

2.3 正確接地

良好的接地是保證PLC控制系統(tǒng)可靠運(yùn)行的重要條件，可避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。PLC與強(qiáng)電設(shè)備最好分別接接地裝置，接地線的截面積應(yīng)大于2mm2，距離應(yīng)小于50m。

在電廠等有接地網(wǎng)絡(luò)可供使用，且各控制屏和自動(dòng)化元件相距甚遠(yuǎn)的情況下，必須分系統(tǒng)將弱電信號(hào)內(nèi)部的地線接通，然后各自用規(guī)定面積的導(dǎo)線統(tǒng)一引到接地網(wǎng)的某一點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)一點(diǎn)接地的要求。

為減小干擾，應(yīng)給PLC接專(zhuān)用的地線，接地點(diǎn)應(yīng)與其它動(dòng)力設(shè)備的接地點(diǎn)分開(kāi)，禁止與其它設(shè)備串聯(lián)接地，更不能通過(guò)水管、避雷線接地。

使用擴(kuò)展單元時(shí)，其接地點(diǎn)應(yīng)與基本單元的接地點(diǎn)接在一起。

2.4 提高PLC輸出的可靠性

繼電器輸出型模塊的觸點(diǎn)工作電壓范圍寬，導(dǎo)通壓降小，與晶體管型和雙向晶閘管型模塊相比，承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)，但動(dòng)作速度較慢。系統(tǒng)輸出量變化不是很頻繁時(shí)，一般選用繼電器型輸出模塊。

在負(fù)載要求的功率超過(guò)PLC輸出的允許值時(shí)，應(yīng)設(shè)置外部繼電器。PLC模塊內(nèi)的小型繼電器不能直接用來(lái)驅(qū)動(dòng)DC220V的負(fù)載，必須先用PLC驅(qū)動(dòng)外部繼電器，再用外部繼電器的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)DC220V的負(fù)載。斷開(kāi)直流負(fù)載要求用較大的繼電器觸點(diǎn)，接通同一直流負(fù)載可用較小的觸點(diǎn)。選擇外接繼電器的型號(hào)時(shí)，應(yīng)仔細(xì)分析是用PLC來(lái)控制接通外部負(fù)載還是斷開(kāi)外部負(fù)載。

2.5 正確控制PLC

對(duì)系統(tǒng)PLC本身實(shí)施正確控制，也是在系統(tǒng)出現(xiàn)意外時(shí)將事故造成的影響降到最低的有效措施。在PLC控制系統(tǒng)中，應(yīng)設(shè)置緊急停止電路，以提高系統(tǒng)的安全性。緊急停止電路不應(yīng)受PLC控制，圖4為一急?？刂凭€路方案。

圖4 急?？刂凭€路

除上述措施外，提高PLC控制系統(tǒng)外圍元件的可靠性，如用高可靠性的接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)代替機(jī)械限位開(kāi)關(guān)等，也是提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的重要措施。實(shí)踐證明PLC外部的故障率，往往比PLC本身的故障率高得多。