PLC控制系统及变频器应用的抗干扰措施

一、随着科学技术的发展，PIC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家用提高设备的抗干扰能力，另一方面要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。
    1、 电磁干扰源及对系统的干扰
    干扰类型通常按干扰产生的原因、嘈声干扰和嘈声的波形性质的不同划分。其中：按嘈声产生的原因不同，分为放电嘈声、浪涌嘈声、高频振荡嘈声等。按嘈声的波形、性质不同，分为持续嘈声、偶发嘈声等，按嘈声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共摸干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成，共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输送的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/0模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。安装隔离变压器能解决上述问题。
    2、 来自电源的干扰
    实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高PLC电源，问题才能得到解决。
PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想，实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。
    3、 来自信号线引入的干扰
    与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视，二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/0信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/0模件损坏数量相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。
    4、 主要抗干扰措施
   （1）、采用性能优良的电源，抑制电网引如的干扰。在PLC控制系统中，电源占有极重要的地位，电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源（如CPU电源、I/0电源等）、变送器供电电源和PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在，对于PLC系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好电源，而对于变送器供电的电源PLC系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没有受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但普遍还不够，主要是采用的隔离器变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少PLC系统的干扰。
   （2）、电缆选择的敖设，不同类型的信号分别有不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敖设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源信号，避免信号线与动力电缆靠近平行敖设，以减少电磁干扰。
   （3）、硬件滤波及软件抗如果措施，信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰，在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。由于电磁干扰的复杂性，要根本消除迎接干扰影响是不可能的，因此PLC控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的可靠性。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样，可有效消除周期性干扰，定时效正参考电位，并采用动态零点，可有效防止电位漂移，采用信息技术，设计相应的软件标志位，采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。
   （4）、正确选择地点完善接地系统，应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都低于1MHZ，所以PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置PLC系统适于并联一点接地方式，个装置的柜体重型接地点以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大，应采用串联一点接地方式。用一根大截面铜母线连接个装置的柜体中心接地点，然后将接地母线直接连接接地极，接地极采用截面大于22MM2的铜导线

二、使用变频器的几个问题处理
    1、 变频器的散热问题
    变频器的故障率随温度的升高而高成指数上升，使用寿命随温度升高而成指数下降，环境温度升高10℃，变频器使用寿命减半。正确地使用变频器，必须认真地考虑散若问题。
    2、 变频器产生的干扰及危害
    变频器中普遍使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件，其产生的谐波对电网将产生干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量，高次谐波还会引起电动机定子铜耗、铁耗的增加。
变频器的输出部分一般采用的是IGBT等开关器件，在输出能量的同时将在输出线上产生较强的辐射干扰，影响周边电器的正常工作。从国外有关谐波的标准来看，单次电压的畸变率在3%—6%，总电压的畸变率在5%—8%的范围内是可以接受的。
    3、 针对以上问题采取的措施
   （1）、降低变频器周围环境温度的方法
变频器通常安装在控制柜中，如果带有电抗器或制动电阻，最好和变频器隔离开，如安装在变频器的上方或侧上方比较好
   （2）、在控制柜出风安装冷却风扇
    4、减少或削弱变频器谐波及电磁辐射干扰的方法
为了减少变频器谐波对其它设备的影响，可以在变频器的输入输出中采用交流/直流电抗器，多相脉冲整流器和滤波器等措施降低进线中的THDV，同时在用电设备系统中常用的方法通常有以下几种。
    (1)、 使用隔离变压器
使用具有隔离层的隔离变压器，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离器之前，同时还可以兼有电源电压变换的作用，隔离变压器常用于控制系统中的仪表，PLC以及其他低压小功率用电设备的抗干扰。
    (2)、 使用滤波模块或组件
目前市场上有很多专门用于抗干扰的滤波模快或组件，这些滤波器具有较强的抗干扰能力，同时还防止用电器本身的抗干扰传给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能，对各类用电设备有很多好处。