PLC控制系统的抗干扰设计及应用.pdf

机电工程技术 2008 年第 37 卷第 08 期!# $% # 图 1 交流电源的滤波和屏蔽线路图 PLC 控制系统的抗干扰设计及应用 钱晓光, 杨晓东 ( 东莞市 TR 轴承有限公司 , 广东东莞 523009) 收稿日期: 2008- 06- 26 摘要: 分析了影响 PLC 控制系统可靠性的主要因素 , 研究了 PLC 控制系统的硬件抗干扰措施的设计方法和原理 , 并将这些措施应 用在轴承专用磨床 3MZ203D 的 PLC 控制系统的抗干扰设计中。 关键词: PLC 控制系统; 抗干扰设计; 应用 中图分类号: TP273 文献标识码: A 文章编号: 1009- 9492 (2008) 08- 0104- 03 1 引言 PLC ( Programmable Logic Controller) 是以微处理器为 基础 , 综合了计算机技术、自动化控制技术和通讯技术的 一 种 工 业 自 动 控 制 装 置 。PLC 作 为 新 一 代 工 业 控 制 计 算 机 , 因其具有体积小、功能强、通用性好、实用性强、硬 件配套齐全、程序设计简单易学及维护方便等优点而被广 泛应用于工业领域。由于 PLC 是专门为工业生产环境而设 计的控制装置 , 因此一般不需要采取什么特殊措施就可以 直接在工业环境使用。但如果环 境 过 于 恶 劣 , 如 强 磁 场 、 强腐蚀、高粉尘、强辐射、剧烈的冲击和震动 , 都不能保 证 PLC 正常、安全地运行。因此 , 研究 PLC 控制系统的抗 干扰设计具有十分重要的现实意义 [1]。 2 影响 PLC 控制系统可靠性的主要因素 PLC 控 制 系 统 的 可 靠 性 通 常 用 平 均 故 障 间 隔 时 间 ( Mean Time Between Failure, 简 称 WIBF) 来 衡 量 。 它 表 示系统从发生故障进行修理到下一次发生故障的时间间隔 的平均值。PLC 装置本身是非常可靠的 , 而 PLC 控制系统 的干扰主要是外部环节和硬件配置不当引起的。一是电源 侧的工频干扰 , 它由电源进入 PLC 装置 , 造成系统工作不 正常 ; 二是线路传输中的静电或磁场耦合干扰 , 以及周围 高频电源的辐射干扰 , 静电耦合是通过信号线与电源线之 间的寄生电容 , 磁场耦合发生在长布线中线间的寄生互感 上 , 高频辐射是通过高频交变磁 场 与 信 号 间 的 寄 生 电 容 ; 三是 PLC 控制系统的接地系统不当引起的干扰。因此 , 在 实际设计中往往从以下几个方面考虑 [ 1] : 1) 对程序和数 据的保护 ; 2) 对工业生产环境的适应性 ; 3) 故障安全原 则 , 系统间独立性原则 与 冗 余 及 容 错 结 构 ; 4) 运 行 时 的 实时性和连续性。 3 PLC 控制系统的抗干扰设计 根据影响 PLC 控制系统可靠性的主要因素 , 在 PLC 控 制系统开发设计时 , 应该从系统 软 件 和 硬 件 两 方 面 考 虑 , 以提高 PLC 控制制系统的可靠性和抗干扰能力。而在生产 实际应用中 , 主要考虑控制系统的硬件抗干扰设计。 3MZ203D 机床是轴承套圈内圆磨床 , 根据生产实际要 求和多年的实践经验 , 对 该 3MZ203D 内 圆 磨 床 的 PLC 控 制系统硬件抗干扰设计及应用采取了相关措施 , 下面对此 进行介绍。 3.1 抑制电源系统引入的干扰 为了抑制电网大容量设备起停引起的电网电压波动及 工频干扰 , 这方面可采用隔离变压器 , 并进行滤波 , 所有 屏蔽层进行良好接地。如图 1 所示。 研究与开发 104 机电工程技术 2008 年第 37 卷第 08 期!# $% # 3.2 安装与布线额的抗干扰设计应用 在 大 地 电 位 变 化 较 大 的 场 所 , PLC 系 统 受 到 共 模 干 扰 , 而且很容易转变为串模干扰 , 因此控制系统的接地系 统设计就尤为重要。控制系统的接地方式采用独立接地方 式 , 如图 2 所示。接地时应注意 : 接地线应尽量短且截面 积 应 大 于 2mm2; 接 地 点 尽 量 靠 近 控 制 器 ; 接 地 线 应 避 开 强电回路和主回路的电线 , 无法避开时应垂直交叉 ; 接地 电阻应小于 2Ω [2] 。 PLC 电源线、I /O 电源线、输入信号线、输出信号线、 交流线、直流线分别使用各自的 电 缆 , 且 尽 量 分 开 布 线 。 开关量信号线和模拟量信号线也尽量分开布线。而且 , 模 拟量信号线应需要屏蔽电缆 , 并将电缆的屏蔽层接地 ; 数 字传输线也要采用屏蔽电缆 , 并将 电缆的屏蔽层接地 ; 当交流与直流 的输入和输出信号线不得不同时使 用同一配线管时 , 直流输入、输出 信号