论文部分内容阅读
摘 要：隨着可编程控制器（PLC）在我厂生产实践中的广泛应用，实现了单体设备简单控制到生产过程的控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。极大地提升了工作效率，改善工人的工作环境，降低能源消耗，提高我厂企业效益和管理水平。本文介绍PLC在我厂站控系统应用过程中为保证站控系统正常运行应该注意的一系列问题，并给出一些合理化建议。
关键词：PLC 抗干扰 布线 接地 建议
PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为我厂控制领域的主流控制设备，在生产实践中发挥着越来越大的作用。
当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或外围电路设计及安装使用不当，保护程序设计不当，这样就会使PLC控制系统造成误动作、数据丢失甚至系统失控。因此，PLC控制系统的可靠性直接影响到我的安全生产和经济效益，而系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。
一、工作环境
长庆油田公司第二采气厂位于榆林地区，冬夏、昼夜温差大，为保证正常工作，PLC要求环境温度在0～55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔；开关柜上、下部应注意通风，还要防止太阳光直接照射；如果周围环境超过55℃，要安装电风扇强迫通风，需要外部设备降温到PLC合适的工作温度。榆林地区气候干燥，可保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度小于85%（无凝露）。PLC的安装位置都远离强烈的震动源，防止振动频率为10～55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。生产环境不可避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等；地理环境不可避免有风沙和尘土，所以将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。集气站上PLC一般都有直流24V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。
二、安装与布线
动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，PLC单元和I/O卡件之间应采用背板安装，与外部仪表采用屏蔽线连接。PLC控制柜与配电柜分开摆放，因为PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。PLC的输入与输出应分开走线，不要与动力线在同一管路内或捆扎在一起，以免出现干扰信号，产生误动作，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10，输入、输出线一般控制在20 m以内。PLC基本单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单独敷设，以防止外界信号的干扰。交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。
三、集气站PLC系统干扰的主要来源及途径
1.强电干扰
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。尤其是电网内部的变化，如集气站配电柜里面的刀开关操作浪涌、大型电力设备（发电机）起停、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。
2.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信息之外，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/O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。
3.来自接地系统混乱时的干扰
接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。
4.来自PLC系统内部的干扰
主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如PLC内部产生的逻辑输出电信号和现场过来的的模拟输入电信号之间的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。
四、采取的主要抗干扰措施
1.合理使用电源，抑制电网引入的干扰
对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源、变送器供电电源和与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的电源，如图所示，各种电源分别配线，隔离变压器的一次侧接AC380V为宜，以避免地电流的干扰.用这种方式供电，在紧急停止时PLC的输入输出电路可在PLC的外部切断。
2.正确选择接地点，确保接地系统完善
良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。
PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。
2.1安全接地或电源接地
将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。如电源漏电或柜体带电，可从安全接地导入地下，不会对人造成伤害。
2.2系统接地
PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地，叫系统接地。接地电阻值不得大于4Ω，一般需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起，作为控制系统地。集气站和处理厂的自控柜均有系统接地点，接地点与接地网的接线铜牌相连，保证了PLC控制器为了与所控的各个设备同电位。
2.3信号与屏蔽接地
一般要求信号线必须要有唯一的参考地，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地环路”。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接地。
五、结论
PLC控制系统中抗干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，对干扰产生的原因以及对应策略作具体分析，采取正确的解决方法；在应用中从工作环境、安装与布线、接线及接地、外部安全电路等方面优化设计方案，才能保证PLC正确、稳定、安全、合理有效地抑制抗干扰，才能够使PLC控制系统准确高效地工作。随着PLC应用范围的不断拓宽、产品品种的不断丰富、规格的不断齐全，必将为站控系统提供更全面的技术支持。必将使站控系统的运行更安全、可靠，保证生产的正常运行。
参考文献
[1]徐德，孙同景.可编程序控制器应用技术[M].济南：山东科学技术出版社，2000.
[2]邓高寿，潘宏侠. PLC在工业自动化控制领域中的应用及发展[J].机械管理开发，2006，（3）：99-100.
关键词：PLC 抗干扰 布线 接地 建议
PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为我厂控制领域的主流控制设备，在生产实践中发挥着越来越大的作用。
当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或外围电路设计及安装使用不当，保护程序设计不当，这样就会使PLC控制系统造成误动作、数据丢失甚至系统失控。因此，PLC控制系统的可靠性直接影响到我的安全生产和经济效益，而系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。
一、工作环境
长庆油田公司第二采气厂位于榆林地区，冬夏、昼夜温差大，为保证正常工作，PLC要求环境温度在0～55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔；开关柜上、下部应注意通风，还要防止太阳光直接照射；如果周围环境超过55℃，要安装电风扇强迫通风，需要外部设备降温到PLC合适的工作温度。榆林地区气候干燥，可保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度小于85%（无凝露）。PLC的安装位置都远离强烈的震动源，防止振动频率为10～55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。生产环境不可避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等；地理环境不可避免有风沙和尘土，所以将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。集气站上PLC一般都有直流24V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。
二、安装与布线
动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，PLC单元和I/O卡件之间应采用背板安装，与外部仪表采用屏蔽线连接。PLC控制柜与配电柜分开摆放，因为PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。PLC的输入与输出应分开走线，不要与动力线在同一管路内或捆扎在一起，以免出现干扰信号，产生误动作，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10，输入、输出线一般控制在20 m以内。PLC基本单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单独敷设，以防止外界信号的干扰。交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。
三、集气站PLC系统干扰的主要来源及途径
1.强电干扰
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。尤其是电网内部的变化，如集气站配电柜里面的刀开关操作浪涌、大型电力设备（发电机）起停、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。
2.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信息之外，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/O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。
3.来自接地系统混乱时的干扰
接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。
4.来自PLC系统内部的干扰
主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如PLC内部产生的逻辑输出电信号和现场过来的的模拟输入电信号之间的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。
四、采取的主要抗干扰措施
1.合理使用电源，抑制电网引入的干扰
对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源、变送器供电电源和与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的电源，如图所示，各种电源分别配线，隔离变压器的一次侧接AC380V为宜，以避免地电流的干扰.用这种方式供电，在紧急停止时PLC的输入输出电路可在PLC的外部切断。
2.正确选择接地点，确保接地系统完善
良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。
PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。
2.1安全接地或电源接地
将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。如电源漏电或柜体带电，可从安全接地导入地下，不会对人造成伤害。
2.2系统接地
PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地，叫系统接地。接地电阻值不得大于4Ω，一般需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起，作为控制系统地。集气站和处理厂的自控柜均有系统接地点，接地点与接地网的接线铜牌相连，保证了PLC控制器为了与所控的各个设备同电位。
2.3信号与屏蔽接地
一般要求信号线必须要有唯一的参考地，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地环路”。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接地。
五、结论
PLC控制系统中抗干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，对干扰产生的原因以及对应策略作具体分析，采取正确的解决方法；在应用中从工作环境、安装与布线、接线及接地、外部安全电路等方面优化设计方案，才能保证PLC正确、稳定、安全、合理有效地抑制抗干扰，才能够使PLC控制系统准确高效地工作。随着PLC应用范围的不断拓宽、产品品种的不断丰富、规格的不断齐全，必将为站控系统提供更全面的技术支持。必将使站控系统的运行更安全、可靠，保证生产的正常运行。
参考文献
[1]徐德，孙同景.可编程序控制器应用技术[M].济南：山东科学技术出版社，2000.
[2]邓高寿，潘宏侠. PLC在工业自动化控制领域中的应用及发展[J].机械管理开发，2006，（3）：99-100.