plc受到的干擾可分為外部干擾和內部干擾。在實際的生產環境下,外部干擾是隨機的,與系統結構無關,且干擾源是無法消除的,只能針對具體情況加以限制;內部干擾與系統結構有關,主要通過系統內交流主電路,模擬量輸入訊號等引起,可合理設計系統線路來削弱和抑制內部干擾和防止外部干擾。要提高plc控制系統的可靠性,就要從多方面提高系統的抗干擾能力。
一、軟體抗干擾措施
硬體抗干擾措施的目的是盡可能地切斷干擾進入控制系統,但由於干擾存在的隨機性,尤其是在工業生產環境下,硬體抗干擾措施並不能將各種干擾完全拒之門外,這時,可以發揮軟體的靈活性與硬體措施相結合來提高系統的抗干擾能力。
1、利用"看門狗"方法對系統的運動狀態進行監控
plc內部具有豐富的軟元件,如定時器、計數器、輔助繼電器等,利用它們來設計一些程式,可以遮蔽輸入元件的誤訊號,防止輸出元件的誤動作。在設計應用程式時,可以利用"看門狗"方法實現對系統各組成部分執行狀態的監控。如用plc控制某一運動部件時,程式設計時可定義乙個定時器作"看門狗"用,對運動部件的工作狀態進行監視。定時器的設定值,為運動部件所需要的最大可能時間。在發出該部件的動作指令時,同時啟動"看門狗"定時器。若運動部件在規定時間內達到指定位置,發出乙個動作完成訊號,使定時器清零,說明監控物件工作正常;否則,說明監控物件工作不正常,發出報警或停止工作訊號。
2、消抖
在振動環境中,行程開關或按鈕常常會因為抖動而發出誤訊號,一般的抖動時間都比較短,針對抖動時間短的特點,可用plc內部計時器經過一定時間的延時,得到消除抖動後的可靠有效訊號,從而達到抗干擾的目的。
3、用軟體數字濾波的方法提高輸入訊號的訊雜比
為了提高輸入訊號的訊雜比,常採用軟體數字濾波來提高有用訊號真實性。對於有大幅度隨機干擾的系統,採用程式限幅法,即連續取樣五次,若某一次取樣值遠遠大於其它幾次取樣的幅值,那麼就捨去之。對於流量、壓力、液面、位移等引數,往往會在一定範圍內頻繁波動,則採用算術平均法。即用n次取樣的平均值來代替當前值。一般認為:流量n=12,壓力n=4最合適。對於緩慢變化訊號如溫度引數,可連續三次取樣,選取居中的取樣值作為有效訊號。對於具有積分器a/d轉換來說,取樣時間應取工頻週期(20ms)的整數倍。實踐證明其抑制工頻干擾能力超過單純積分器的效果。
二、分析硬體電路,提出硬體抗干擾措施
1、plc控制系統的安裝和使用環境
plc是專為工業控制設計的,一般不需要採取什麼特殊措施就可以直接在工業環境使用。但是在plc控制系統中,如果環境過於惡劣,或安裝使用不當,會降低系統的可靠性。plc使用環境溫度通常在0℃~55℃範圍內,應避免太陽光直接照射,安裝位置應遠離發熱量大的器件,同時應保證有足夠大的散熱空間和通風條件。環境濕度一般應小於85%,以保證plc有良好的絕緣。在含有腐蝕性氣體、濃霧或粉塵的場合,需將plc封閉安裝。此外,如果plc安裝位置有強烈的振動源,系統的可靠性也會降低,所以應採取相應的減振措施。
2、plc的電源與接地
plc本身的抗干擾能力一般都很強。通常,只能將plc的電源與系統的動力裝置電源分開配線,對於電源線來的干擾,一般都有足夠強的抑制能力。但是,如果遇上特殊情況,電源干擾特別嚴重,可加接乙個帶遮蔽層的隔離變壓器以減少裝置與地之間的干擾,提高系統的可靠性。如果乙個系統中含有擴充套件單元,則其電源必須與基本單元共用乙個開關控制,也就是說,它們的上電與斷電必須同時進行。良好的接地是保證plc安全可靠執行的重要條件。
接地的目的通常有兩個,其一為了安全,其二是為了抑制干擾。完善的接地系統是plc控制系統抗干擾的重要措施之一。接地在消除干擾上起很大的作用。這裡的接地是指決定系統電位的地,而不是訊號系統歸路的接地。在plc控制系統中有許多懸浮的金屬架,它們是懼空中干擾的空中線,需要有決定電位的地線。交流地是plc控制系統供電所必需的,它通過變壓器中心點構成供電兩條迴路之一。這條回路上的電流、各種諧波電流等是個嚴重的干擾源。因此交流地線、直流地線、模擬地和數字地等必須分開。數字地和模擬地的共點地最好置懸浮方式。地線各點之間的電位差盡可能小,盡量加粗地線,有條件可採用環形地線。系統地端子(lg)是抗干擾的中性端子,通常不需要接地,可是,當電磁干擾比較嚴重時,這個端子需與接大地的端子(gr)連線。
3、plc的輸入、輸出裝置
輸入電路是plc接受開關量、模擬量等輸入訊號的埠,其元器件質量的優劣、接線方式及是否牢靠也是影響控制系統可靠性的重要因素。以開關量輸入為例,按鈕、行程開關的觸點接觸要保持在良好狀態,接線要牢固可靠。機械限位開關是容易產生故障的元件,設計時,應盡量選用可靠性高的接近開關代替機械限位開關。此外,按鈕觸點的選擇也影響到系統的可靠性。在設計電路時,應盡量選用可靠性高的元器件,對於模擬量輸入訊號來說,常用的有4~20ma、0~20ma直流電流訊號;0~5v、0~10v直流電壓訊號,電源為直流24v.
對於開關量輸出來說,plc的輸出有繼電器輸出、閘流體輸出、電晶體輸出三種形式,具體選擇哪種形式的輸出應根據負載要求來決定,選擇不當會使系統可靠性降低,嚴重時導致系統不能正常工作。如閘流體輸出只能用於交流負載,電晶體輸出只能用於直流負載。此外,plc的輸出端子帶負載能力是有限的,如果超過了規定的最大限值,必須外接繼電器或接觸器,才能正常工作。外接繼電器、接觸器、電磁閥等執行元件的質量,是影響系統可靠性的重要因素。常見的故障有線圈短路、機械故障造成觸點不動或接觸不良。這一方面可以通過選用高質量的元器件來提高可靠性,另一方面,在對系統可靠性及智慧型化要求較高的場合,可以根據電路中電流異常的情況對輸出單元的一些重點部位進行診斷,當檢測到異常訊號時,系統按程式自動轉入故障處理,從而提高系統工作的可靠性。若plc輸出端子接有感性元件,則應採取相應的保護措施,以保護plc的輸出觸點。
為了防止或減少外部配線的干擾,交流輸入、輸出訊號與直流輸入、輸出應分別使用各自的電纜;對於積體電路或電晶體裝置的輸入、輸出訊號線、必須使用遮蔽電纜,遮蔽電纜在輸入、輸出側懸空,而在控制側接地2。
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