淺談生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備控制系統(tǒng)(PLC)通訊抗干擾措施

謝智華(葛洲壩易普力湖北昌泰民爆有限公司，湖北 宜昌 443100)

0 引言

目前，設(shè)備控制系統(tǒng)(PLC)廣泛應(yīng)用到生產(chǎn)企業(yè)中，可采用多種方式進(jìn)行通訊，使上位機(jī)與生產(chǎn)設(shè)備關(guān)聯(lián)在一起實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，在生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造過程中發(fā)揮了重要作用。但現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中PLC所處的現(xiàn)場環(huán)境一般都很復(fù)雜、電磁干擾嚴(yán)重，導(dǎo)致PLC通訊故障、控制出錯(cuò)，給工廠正常安全生產(chǎn)帶來了很大的隱患。

PLC本身也是一個(gè)電子設(shè)備，它雖然有處理干擾的能力，但是僅依靠PLC本身的抗干擾是不夠的，我們還需要選擇合適的通訊方式并規(guī)范安裝、布線或配套硬件設(shè)施等措施提高抗干擾能力，加強(qiáng)穩(wěn)定運(yùn)行的能力，確保控制精確無誤。本文以西門子S7系列PLC常用通訊方式為例，淺談不同的通訊方式應(yīng)采取的抗干擾措施。

1 PPI(點(diǎn)對點(diǎn))通訊抗干擾措施

PPI通訊是基于開放互聯(lián)OSI 7層模型通訊結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上通過令牌環(huán)實(shí)現(xiàn)編程通訊，該通訊模式速度低、通訊距離短，適合于單小型系統(tǒng)控制或I/O設(shè)備集中的短程通訊。PPI通訊網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。該種通訊方式抗干擾措施可采用以下措施：

(1)規(guī)范電纜敷設(shè)，強(qiáng)電和弱電電纜嚴(yán)格隔離(建議使用橋架將電纜隔離敷設(shè))。

(2)選用屏蔽控制電纜(RVVP型銅芯聚氯乙烯絕緣屏蔽聚氯乙烯護(hù)套軟電纜)，控制電纜屏蔽層于控制柜處單端接地。

(3)減小PPI通訊距離，使用屏蔽雙絞線制作通訊線，可選用西門子專用PPI通訊電纜(USB/PPI，電纜長度3米，購買產(chǎn)品號：6ES7 901 -3DB30 -0XA0)；合理選擇CPU通訊速率( 西門子200系列PPI通訊最高通訊速度187.5Kbps，建議選擇9.6Kbps)。

圖1 PPI通訊網(wǎng)絡(luò)

2 PROFIBUS通訊抗干擾措施

PROFIBUS現(xiàn)場總線通訊是一種開放式現(xiàn)場總線系統(tǒng)，其通信的結(jié)構(gòu)非常精簡，傳輸速度很高且穩(wěn)定，適合CPU與I/O設(shè)備分散之間的遠(yuǎn)程通信。PROFIBUS通訊網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。該種通訊方式抗干擾措施可采用以下措施：

(1)規(guī)范電纜敷設(shè)，強(qiáng)電和弱電電纜使用電纜橋架嚴(yán)格隔離，選用屏蔽控制電纜，控制電纜屏蔽層于控制柜處單端接地。

(2)使用西門子PROFIBUS屏蔽電纜電纜(購買產(chǎn)品號：6XV1830-0EH10)和西門子PROFIBUS DP頭(購買產(chǎn)品號：6ES7972-0BA11-0XA0)，按照西門子相關(guān)接線規(guī)范制作通訊電纜，通訊線路上配套增加RS485中繼器(購買產(chǎn)品號：6ES7972-0AA02-0XA0)對信號進(jìn)行放大和隔離，延長信號傳輸距離。

(3)在總線網(wǎng)絡(luò)通訊中除采用 PROFIBUS屏蔽電纜的方式減小外部信號對于系統(tǒng)的干擾外，在一些環(huán)境較惡劣的現(xiàn)場還需要采用光纖通訊的方式達(dá)到對電信號的隔離，使用單模光纖和光纖型PROFIBUS總線連接器(購買型號：單模，PFBFO2-S，德陽四星電子技術(shù)有限公司)配套做通訊線，以光電隔離措施有效的減少通訊線路上的電磁干擾，實(shí)現(xiàn)PROFIBUS信號穩(wěn)定、遠(yuǎn)距離傳輸。

圖2 PROFIBUS通訊網(wǎng)絡(luò)

3 PROFINET(以太網(wǎng))通訊抗干擾措施

PROFINET是一種新的以太網(wǎng)通訊系統(tǒng)，將工廠自動(dòng)化和企業(yè)信息管理層IT技術(shù)有機(jī)地融為一體，同時(shí)又完全保留PROFIBUS現(xiàn)有的開放性。PROFINET最突出的特點(diǎn)是它的實(shí)時(shí)性，從過程自動(dòng)化到工廠自動(dòng)化再到運(yùn)動(dòng)控制，其實(shí)時(shí)性可以滿足各種各樣的應(yīng)用，同時(shí)能夠大大節(jié)省配置和調(diào)試費(fèi)用。PROFINET通訊傳輸點(diǎn)對點(diǎn)發(fā)送，通訊地址為IP地址，使用網(wǎng)線、交換機(jī)等構(gòu)成通訊網(wǎng)絡(luò)，是以上3種通訊方式中抗干擾能力最強(qiáng)的，在實(shí)際應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用。PROFINET通訊網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。該種通訊方式增加抗干擾措施可采用以下措施：

圖3 PROFINET通訊網(wǎng)絡(luò)

(1)規(guī)范電纜敷設(shè)，強(qiáng)電和弱電電纜使用電纜橋架嚴(yán)格隔離，選用屏蔽控制電纜，控制電纜屏蔽層于控制柜處單端接地，使用超五類或超六類網(wǎng)線做通訊線。

(2)使用光纖和光纖收發(fā)器代替網(wǎng)線(如果實(shí)時(shí)性要求不高，普通的單模光纖和光纖收發(fā)器即可滿足應(yīng)用需求，使用網(wǎng)線通訊距離小于100米)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送。

4 結(jié)語

以上三種通訊模式中均需要選擇正確的硬件抗干擾措施，如做好接地措施，將交流地線、直流地線、模擬地和數(shù)字地分開(數(shù)字地和模擬地的共點(diǎn)地最好置懸浮方式)，地線各點(diǎn)之間的電位差盡可能小，盡量加粗地線(截面積大于2mm2的專用接地線，)，接地電阻應(yīng)小于100Ω，接地線長度小于20m；控制端有使用變頻器的，除按照EMC規(guī)則接線外，可采用加隔離變壓器、使用濾波器或輸出電抗器等措施對變頻器產(chǎn)生電磁干擾進(jìn)行抑制；加強(qiáng)PLC控制系統(tǒng)所處環(huán)境管理，如控制好環(huán)境溫度和濕度、PLC模塊等單獨(dú)安裝于導(dǎo)磁材料箱體中等。同時(shí)通過設(shè)置控制軟件措施提高抗干擾能力，如采用軟件數(shù)字濾波來提高有用信號真實(shí)性；調(diào)整變頻器參數(shù)，選用較低的調(diào)制脈沖頻率(西門子變頻器參數(shù)P1800)，減少變頻器的損耗和降低射頻干擾發(fā)射。

生產(chǎn)企業(yè)工作環(huán)境復(fù)雜，存在各種各樣的干擾，控制系統(tǒng)(PLC)通訊應(yīng)提前做好設(shè)計(jì)，選擇合適的通訊方式采取相應(yīng)的抗干擾措施，安裝過程中嚴(yán)格執(zhí)行EMC規(guī)則及安裝規(guī)范，多措并舉提高抗干擾能力，確保通訊系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，保障安全生產(chǎn)。