PLC在鋼筒螺旋焊中的抗干擾分析及措施

吳思雄

（浙江立德產(chǎn)品技術(shù)有限公司，杭州 310020）

PLC在鋼筒螺旋焊中的抗干擾分析及措施

吳思雄

（浙江立德產(chǎn)品技術(shù)有限公司，杭州 310020）

隨著PLC應(yīng)用到鋼筒螺旋焊機(jī)，它的干擾問題也隨之而來。分析PLC控制系統(tǒng)中的主要干擾來源，并提出了幾種PLC控制系統(tǒng)的具體抗干擾措施。

PLC；鋼筒螺旋焊；電磁兼容性

前言

鋼筒螺旋焊機(jī)是集卷板、焊接、切割于一體的設(shè)備。實(shí)踐證明應(yīng)用PLC控制能使機(jī)器更操作簡(jiǎn)便，省工省時(shí)。

PLC即可編程序控制器，是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是以微處理器為核心用以數(shù)字控制的控制器。PLC根據(jù)點(diǎn)數(shù)分為小型、中型、大型，能滿足各層次用戶的需求。但實(shí)際工廠中變壓器容量有限，其他設(shè)備啟動(dòng)時(shí)電網(wǎng)電壓突然降低，生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣；鋼筒螺旋焊機(jī)使用的焊機(jī)是直流電機(jī)，同一控制柜中有變頻器等多種電器元件，造成電磁干擾特別強(qiáng)烈。如果安裝或者使用不當(dāng)，可能造成程序或運(yùn)算錯(cuò)誤，引起PLC誤動(dòng)作而不能正常工作。

1 影響PLC控制系統(tǒng)的主要干擾源

PLC控制系統(tǒng)大多安裝于控制柜內(nèi)，其系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備品種多、連接電纜也是又多又長，所以電磁環(huán)境相對(duì)惡劣。

1.1 電源干擾源

1）電網(wǎng)干擾源。實(shí)際使用中通過電源引入的干擾而造成故障的現(xiàn)象比較普遍。PLC系統(tǒng)一般由電網(wǎng)供電，因此整個(gè)系統(tǒng)受到所有空間的輻射電磁場(chǎng)影響。主要有由內(nèi)部電網(wǎng)中電氣設(shè)備的暫態(tài)變化、雷電、雷達(dá)、無線電廣播、電視等產(chǎn)生的輻射干擾，若此時(shí)PLC系統(tǒng)處于干擾頻場(chǎng)內(nèi)，就會(huì)受到輻射干擾。特別是內(nèi)部電網(wǎng)的瞬態(tài)變化，如：開關(guān)斷路器引起的浪涌、變頻器和直流調(diào)速器等工作時(shí)引起的諧波、大功率設(shè)備啟停引起的諧波，都會(huì)影響電網(wǎng)電源質(zhì)量而造成干擾。

2）控制柜內(nèi)干擾源。PLC控制柜內(nèi)裝載的其他大電感設(shè)備，高壓設(shè)備，在安裝時(shí)布線交叉。裝在一起的小容量電器的通斷控制同樣會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。

1.2 接地系統(tǒng)的干擾源

靜電耦合和電磁耦合均有可能通過地線影響系統(tǒng)。各類地的電位不相等而存在電位差，則可能引起共模干擾進(jìn)而影響系統(tǒng)正常工作。屏蔽層在變化的磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流而引起干擾。

1.3 信號(hào)線的干擾源

信號(hào)線主要是傳輸各類檢測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)。傳輸質(zhì)量的好壞能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)能否穩(wěn)定、可靠和準(zhǔn)確的運(yùn)行。但信號(hào)線也會(huì)受到外部信號(hào)的干擾。此類外部干擾主要有三種：①夾在各類變送器（傳感器）供電電源的電網(wǎng)干擾；②夾在信號(hào)儀表供電電源的電網(wǎng)干擾；③空間電磁感應(yīng)的干擾。

1.4 變頻器干擾源

變頻器的干擾主要有兩個(gè)方面：①變頻器的工作原理是交流——直流——交流，因此在工作中特別是啟動(dòng)的瞬間有諧波，諧波引起騷擾電壓，影響供電質(zhì)量；②輸出線纜會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射騷擾，影響其他用電設(shè)備。

1.5 其他干擾源

1）由于連接不牢靠、拉扯造成傳輸信號(hào)時(shí)斷時(shí)續(xù)，PLC無法準(zhǔn)確的判斷，造成出錯(cuò)。

2）按鈕觸點(diǎn)抖動(dòng)，這時(shí)現(xiàn)場(chǎng)觸點(diǎn)只閉合一次，但由于抖動(dòng)，PLC卻認(rèn)為閉合了很多次，造成判斷錯(cuò)誤。

2 主要的抗干擾措施

2.1 電源干擾的抑制

本次設(shè)計(jì)的PLC供電由變比為1:1的隔離變壓器供電，保證供電電源干凈。CPU供電與I/O供電應(yīng)分開。PLC安裝位置與強(qiáng)干擾源保持一定距離。如：直流焊機(jī)、變頻器、直流調(diào)速器和其他大型用電設(shè)備等，至少離動(dòng)力線大于200 mm。同時(shí)不與高壓器件安裝在同一電控柜。當(dāng)同一電控柜內(nèi)有電感性負(fù)載（較大功率的繼電器和接觸器線圈）時(shí)，應(yīng)在感性負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)RC消弧器。PLC柜內(nèi)電源線盡量平行走線且最好采用雙絞線連接，使電源線對(duì)地呈現(xiàn)低阻抗。

2.2 信號(hào)線的抗干擾措施

PLC I/O的開關(guān)量信號(hào)線和模擬量信號(hào)線要分開敷設(shè)。模擬量信號(hào)線采用屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護(hù)，屏蔽層單端接地且接地電阻應(yīng)小于1 Ω。不同電壓等級(jí)的模擬量信號(hào)不應(yīng)使用同一根電纜，交直流信號(hào)也不應(yīng)使用同一根電纜。盡量按照不同電壓等級(jí)分開走線，交直流信號(hào)線也應(yīng)分開捆扎。

PLC開關(guān)量輸入側(cè)信號(hào)要保證可靠，如：按鈕、行程開關(guān)等機(jī)械觸點(diǎn)，必須保證觸點(diǎn)接觸牢靠，接線牢固可靠。設(shè)計(jì)時(shí)盡量選用接近開關(guān)替代容易產(chǎn)生故障的行程開關(guān)。模擬量輸入側(cè)，電壓信號(hào)較電源信號(hào)更容易受到干擾，一般選用0~20 mA和4~20 mA的電流信號(hào)。PLC開關(guān)量輸出有繼電器、晶體管、晶閘管三種輸出形式。用戶可根據(jù)負(fù)載要求選用。PLC輸出為繼電器輸出時(shí)，繼電器線圈的電感性負(fù)載的大小選擇會(huì)產(chǎn)生干擾。因此在PLC 的開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出端加隔離繼電器很重要。此外，PLC內(nèi)部繼電器的帶載能力有限，外接繼電器或接觸器也是解決問題的途徑。晶體管類型只能用于直流負(fù)載。晶閘管類型只能用于交流負(fù)載。

2.3 完善的接地系統(tǒng)

接地的目的主要有兩個(gè)：①安全，②抑制干擾。接地在消除干擾上起很大的作用。在PLC控制系統(tǒng)中，主要有以下幾種形式的“接地”：

1）信號(hào)地。輸入側(cè)各元件的地；一般信號(hào)線必須有唯一的參考地。屏蔽線的接地原則是：①應(yīng)盡量在信號(hào)源側(cè)接地；②只有不方便在信號(hào)源側(cè)接地時(shí)，在PLC側(cè)接地；③信號(hào)線中間的連接頭或多測(cè)點(diǎn)信號(hào)連接處，屏蔽層不僅要牢固的連接還要做絕緣處理保證單點(diǎn)接地，避免多點(diǎn)接地；④當(dāng)屏蔽電纜處于有騷擾電壓的場(chǎng)合時(shí)，必須就近接地，以防止形成“地環(huán)路”。

2）系統(tǒng)地。即PLC控制器為了與所控的各設(shè)備等電位而接地。接地電阻不大于4 Ω。一般設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)地可考慮把PLC的地和開關(guān)電源負(fù)端并在一起即可解決。

3）屏蔽接地。主要目的是防止靜電和磁場(chǎng)感應(yīng)。處理方法是：通過專門的銅導(dǎo)線外殼或金屬絲網(wǎng)直接引入地下。

4）安全地/保護(hù)地。主要是用于預(yù)防設(shè)備漏電，保障人身安全。做法把所有設(shè)備的外殼及內(nèi)部獨(dú)立元件的外殼接地。

2.4 變頻器干擾的抑制

1）供電采用專用的隔離變壓器。用于阻隔電網(wǎng)中的傳導(dǎo)干擾及諧波。

2）供電側(cè)加裝濾波器。濾波器一方面有很強(qiáng)的抗干擾能力，另外還能抑制變頻器產(chǎn)生的騷擾電壓，防止電源畸變；還能吸收變頻器逆變過程中可能產(chǎn)生的尖峰電壓。

3）輸出側(cè)加裝電抗器，①電抗器可以控制電流的增減變化，抑制線路上產(chǎn)生電磁輻射；②當(dāng)輸出側(cè)發(fā)生短路時(shí)，可以抑制瞬態(tài)變化引起的浪涌。

2.5 其他干擾的抑制

對(duì)于觸點(diǎn)抖動(dòng)的情況可以使用軟件數(shù)字濾波來防止干擾。

3 鋼筒螺旋焊機(jī)干擾問題及解決辦法

本套系統(tǒng)焊機(jī)行走，芯模旋轉(zhuǎn)及放板行走必須同步，用到了通訊及變頻，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的問題采取以下的抗干擾措施：①把功率部分和控制部分分別分開安裝，使電源柜對(duì)控制柜的干擾減少到最低；②PLC控制系統(tǒng)的供電單獨(dú)采用隔離變壓器；③為了可靠的接地并減小接地電阻，選用4×30的銅排做為接地電纜；④對(duì)編碼器反饋信號(hào)線，PLC間的通訊線等線路，采取單獨(dú)穿管且屏蔽層兩端單獨(dú)接地；⑤主控回路中的接觸器線圈兩端都并聯(lián)一個(gè)RC消弧器。

4 結(jié)論

這套系統(tǒng)在調(diào)試初期，由于干擾問題引起了同步信號(hào)出現(xiàn)差錯(cuò)。采用以上措施之后，干擾問題得以解決。雖然PLC本身的可靠性很高，但是其應(yīng)用系統(tǒng)環(huán)境一般都比較惡劣。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮各個(gè)方面的干擾因素，才能使系統(tǒng)中各元件合理“共存”。

[1] 劉美俊 .提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施[J].電工技術(shù)雜志, 2001(1): 17-19.

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[3] 李建興.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2004.

[4] 黃凈.電氣控制與可編程序控制器[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2004.

[5] 劉洪濤. PLC應(yīng)用開發(fā)從基礎(chǔ)到實(shí)踐[M]. 北京:電子工業(yè)出版社, 2004.

吳思雄（1982.9-），女，浙江省麗水人，本科，主要從事電磁兼容的抗干擾技術(shù)研究。

Interference Analysis and Measures of PLC in Steel Tube Spiral Welding

WU Si-xiong
(Zhejiang LEAD Product Technic Co., Ltd., Hangzhou 310020)

With the application of PLC on the steel tube spiral welding machine, the interference problem is also followed. In this paper, the main sources of interference in the PLC control system are analyzed, and some specific anti-interference measures of PLC control system are put forward.

PLC; steel tube spiral welding; electromagnetic compatibility

TP23

A

1004-7204（2017）03-0018-03