可靠性與抗干擾性在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘 要：PLC作為工業(yè)生產(chǎn)的控制裝置已經(jīng)很普遍了，因?yàn)樗哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，比如維護(hù)方便、編程簡(jiǎn)單、體積小、可靠性高于繼電器系統(tǒng)、通用性強(qiáng)等等，它是專門為工業(yè)環(huán)境下設(shè)計(jì)而產(chǎn)生。故在工業(yè)環(huán)境中可以直接使用。

關(guān)鍵詞：PLC；工業(yè)生產(chǎn)；應(yīng)用

如果說(shuō)工業(yè)使用環(huán)境過(guò)于惡劣，在有高溫、高濕或有強(qiáng)烈的電磁干擾的環(huán)境中，再有安裝方法或使用不當(dāng)，這都會(huì)給PLC的安全和可靠運(yùn)行帶來(lái)隱患。設(shè)備故障率也隨之增高。所以，控制系統(tǒng)的可靠性與抗干擾性是PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要問(wèn)題。

1 PLC的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，是要根據(jù)環(huán)境的不同，設(shè)計(jì)出能適應(yīng)不同環(huán)境的控制器。首先，我們應(yīng)該了解到溫度、濕度、震動(dòng)和沖擊、空氣環(huán)境等對(duì)PLC的工作可靠性的影響。

1.1 溫度

如果PLC控制系統(tǒng)處在高溫環(huán)境中，就會(huì)導(dǎo)致故障率增加、精度降低、壽命降低等一系列問(wèn)題。相反在相對(duì)低溫的環(huán)境中時(shí)，系統(tǒng)精度不僅會(huì)降低，回路的安全系數(shù)也變小，如果在超低溫環(huán)境下，就會(huì)使控制系統(tǒng)的動(dòng)作不正常，或產(chǎn)生誤動(dòng)作。所以，在設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)時(shí)要不僅包含有盤、柜的冷卻裝置，還要有加熱裝置，同時(shí)要有溫度傳感器與之相配合；保證盤、柜體的通風(fēng)、避光，以及停用時(shí)I/O模塊的正常通電都能對(duì)控制系統(tǒng)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)和保護(hù)。

1.2 濕度

控制器在濕度大的環(huán)境中容易引起模塊內(nèi)部元件結(jié)緣降低和老化；相反如果在極干燥的環(huán)境下則又容易由于靜電感應(yīng)而引起集成電路的損壞。故在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，電氣盤和電氣柜要有一定的密封性；在盤或柜內(nèi)放置吸濕劑；在印刷電路板上刷保護(hù)層；以及在干燥環(huán)境中消除柜體靜電等都能降低環(huán)境濕度對(duì)控制系統(tǒng)的影響。

1.3 震動(dòng)與沖擊

通常情況下，控制器能承受一定量的震動(dòng)和沖擊頻率，如果超過(guò)它的承受極限時(shí)。可能引起連接接觸不良、電氣部件疲勞損壞、機(jī)械結(jié)構(gòu)松動(dòng)以及誤動(dòng)作等后果。所以，一般要給控制系統(tǒng)盤、柜加防震橡皮；將盤、柜體內(nèi)的震動(dòng)源移除到柜外；強(qiáng)固連接器、電路板或控制器等可能產(chǎn)生松動(dòng)的部件以減少震動(dòng)與沖擊對(duì)控制系統(tǒng)的影響。

1.4 周圍空氣環(huán)境對(duì)控制系統(tǒng)可靠性的影響

控制系統(tǒng)周圍空氣中的塵埃、腐蝕性氣體、導(dǎo)電性粉末以及有機(jī)溶劑和鹽分等都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生很大的不良影響。例如，控制系統(tǒng)的接觸不良、誤動(dòng)作、絕緣性能變差和短路等。所以在設(shè)計(jì)時(shí)盤、柜要有較高的密封性，對(duì)印制板涂保護(hù)層都可以提高控制系統(tǒng)的可靠性。

2 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)

PLC屬于專用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，由于其工作運(yùn)行時(shí)使用的多為低電壓，而且工作頻率比較高，工業(yè)環(huán)境中的各種干擾源都會(huì)對(duì)它造成較大的影響。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮增加相應(yīng)必要的抗干擾措施。

2.1 工業(yè)環(huán)境中的各種電源干擾源

如果在控制器使用環(huán)境中，存在各種電磁信號(hào)比較強(qiáng)或比較集中，比如有各種較高或高等級(jí)的電源存在的環(huán)境中時(shí)，如果能使用隔離變壓器，就能抑制一定的干擾信號(hào)，但應(yīng)注意：屏蔽層要可靠接地；一、二次側(cè)連接線應(yīng)使用雙絞線。

交流220V控制器隔離變壓器濾波器（見圖1）。

設(shè)計(jì)中，先把濾波器接入電源，再將隔離變壓器接入。需要注意的是，隔離變壓器一次側(cè)和二此側(cè)要使用雙絞線。

2.2 系統(tǒng)接地

在一個(gè)控制系統(tǒng)中，由于電位差引起的干擾是很常見的干擾源，如果用良好的接地就可以防止漏電流帶來(lái)的感應(yīng)電勢(shì)，可以將電源和信號(hào)線的干擾引入大地，消滅垃圾電勢(shì)，防止竄入控制信號(hào)中，造成誤動(dòng)作。

在接地方式中有專用接地、共用接地和共同接地。其中，專用接地就是控制器和其他接地分開單獨(dú)接地。共用接地就是控制器和其他設(shè)備的各點(diǎn)接地一塊接在接地網(wǎng)中的接地、共同接地就是控制器將所有接地接一起，然后單點(diǎn)接地。我們可以想到專用接地最好，但施工復(fù)雜不好實(shí)施，共同接地結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但效果最差，這兩種接地一般不使用。所以大多數(shù)情況下采用共用接地，在共用接地中要求使用截面粗，組織小的接地線連接；接地點(diǎn)盡量在控制器附近；且接地線要盡量避開主回路和強(qiáng)電回路。

2.3 控制器輸入和輸出信號(hào)抗干擾措施

（1）在控制器的到設(shè)備或設(shè)備到控制器的各種輸入輸出信號(hào)中存在這共模干擾，用模塊的濾波就可以時(shí)期衰減，但是，信號(hào)線與大地間的共模干擾會(huì)在控制器內(nèi)部回路產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這成了引起控制系統(tǒng)不動(dòng)作或誤動(dòng)作的主要原因，所以控制器良好接地的必要性需要引起足夠的重視，抗共模干擾必須要求控制器良好接地。

輸入電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的存在也是產(chǎn)生干擾信號(hào)的一個(gè)重要因素。再此我們采取將交流輸入信號(hào)通過(guò)整流技術(shù)變?yōu)橹绷餍盘?hào)；或在輸出端并接上浪涌吸收器等等，進(jìn)一步還可以利用中繼電器轉(zhuǎn)換，比如在大電流場(chǎng)合或長(zhǎng)距離配線時(shí)。這樣可以有效消除電路中的垃圾電動(dòng)勢(shì)，有效增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性。

（2）在現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)環(huán)境中如果存在感性負(fù)載和容性負(fù)載時(shí)，信號(hào)的突然斷開或接通就會(huì)產(chǎn)生突變電流，或時(shí)在電磁接觸器動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生突變電流和電弧，開關(guān)在從接通變成斷開時(shí)或斷開突然變成接通時(shí)的反應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等等，都能變成干擾源。

另外，在交流感性負(fù)載多的工業(yè)環(huán)境中，將RC浪涌吸收器并接在負(fù)載的兩端；在直流感性負(fù)載多的工業(yè)環(huán)境中，將續(xù)流二極管VD并接在負(fù)載的兩端；在通、斷電路時(shí)產(chǎn)生干擾較大的場(chǎng)合，對(duì)于交流負(fù)載可使用雙向晶閘管輸出模塊等等，都是可以防治輸出信號(hào)干擾的技術(shù)和措施。

3 PLC控制系統(tǒng)的故障診斷

PLC控制器本身具有一定的自我檢測(cè)能力，在系統(tǒng)運(yùn)行的每個(gè)周期中都會(huì)運(yùn)行自動(dòng)診斷程序并做相應(yīng)處理。正常情況下，PLC的自診斷包括電源檢查、異常檢查、報(bào)警故障檢查、輸入/輸出檢查、外部環(huán)境檢查等。PLC控制系統(tǒng)的故障診斷功能也是對(duì)PLC控制系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性的補(bǔ)充和檢驗(yàn)。總之，PLC控制系統(tǒng)自身設(shè)計(jì)就對(duì)可靠性和抗干擾性的進(jìn)行了考慮，所以在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用的時(shí)候就要更加注重系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性，在條件范圍內(nèi)不斷提高可靠性和抗干擾性。這樣才可能消除系統(tǒng)運(yùn)行隱患，降低系統(tǒng)故障率。

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