西門子S7-200CN 6ES7214-1BD23-0XB8

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    PLC由于具有功能強、程序設計簡介,維護方便等優(yōu)點,特別是高可靠性、較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力,已被廣泛應用于自來水行業(yè)。但由于現場環(huán)境條件惡劣、濕度高、以及各種工業(yè)電磁、輻射干擾等,會影響系統(tǒng)的正常工作,因此必須重視工程的抗干擾設計。
    水廠應用中的PLC所受的干擾源主要有電源系統(tǒng)引入的干擾、接地系統(tǒng)引入的干擾和輸入輸出電路引入的干擾三類。如果PLC的干擾問題解決得不好,系統(tǒng)將無法可靠運行,將會影響到正常供水。因此,有必要對PLC應用系統(tǒng)中的干擾問題進行探討。主要本文分別討論PLC的三種抗干擾技術。

    抗干擾的技術對策分析

    為防止干擾,可采用硬件和軟件的抗干擾措施,其中,硬件抗干擾是基本和重要的抗干擾措施,一般從抗和防兩方面入手來抑制和干擾源,切斷干擾對系統(tǒng)的耦合通道,降低系統(tǒng)對干擾信號的敏感性。

    2.1 電源系統(tǒng)引入的干擾
    電網的干擾,頻率的波動,將直接影響到PLC系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。如何抑制電源系統(tǒng)的干擾是提高PLC的抗干擾性能的主要環(huán)節(jié)。

    (1) 加裝濾波、隔離、屏蔽、開關穩(wěn)壓電源系統(tǒng)。
    設置濾波器的作用是為了抑制干擾信號從電源線傳導到系統(tǒng)中,使用隔離變壓器,必須注意:屏蔽層要良好接地;次級連接線要使用雙繞線(減少電線間的干擾),隔離變壓器的初級繞組和次級繞組應分別加屏蔽層,初級的屏蔽層接交流電網的零線;次級的屏蔽層和初級間屏蔽層接直流端。
    為了抑制電網大容量設備起停(如送水泵等)引起電網電壓的波動,保持供電電壓的穩(wěn)壓,可采用開頭穩(wěn)壓電源。

    (2) 分離供電系統(tǒng)
           PLC
    的控制器與I/O系統(tǒng)分別由各自的隔離變壓器供電,并與主電源分開,這樣當輸入輸出供電斷電時,不會影響到控制器的供電。如圖1所示。


    分離供電系統(tǒng)圖


    2.2 
    抑制接地系統(tǒng)引入的干擾
         PLC
    系統(tǒng)分為邏輯電路接地和功率電路接地,有共地、浮地及機殼共地和電路浮地等三種方式。一般采用控制器與其它設備分別接地方式好,接地時注意:接地線盡量粗,一般大于2mm2的線接地;接地點應盡量靠近控制器,接地點與控制器之間的距離不大于50m;接地線應盡量避開強電回路和主回路的電線,不能避開時,應垂直相交,應盡量縮短平行走線的長度。
    實踐證明,接地往往是抑制噪聲和防止干擾的重要手段,良好的接地方式可在很大程度上抑制內部噪聲的耦合,防止外部干擾的侵入,提高系統(tǒng)的抗干擾能力。


    2.3 抑制輸入輸出電路引入的干擾
          
    為了實現輸入輸出電路上的完全隔離,近年來在控制系統(tǒng)中光電耦合得到廣泛應用,已成為防止干擾的有效措施之一。光電耦合器具有以下特點:首先,由于是密封在一個管殼內,不會受到外界光的干擾;其次,由于靠光傳送信號,切斷了各部件電路之間地線的聯系;三,發(fā)光二管動態(tài)電阻非常小,而干擾源的內阻一般很大,能夠傳送到光電耦合器輸入輸出的干擾信號就變得很小;四,光電耦合器的傳輸比和晶體管的放大倍數相比,一般很小,遠不如晶體管對干擾信號那么靈敏,而光電耦合器的發(fā)光二管只有在通過一定的電流時才能發(fā)光。因此,即使是在干擾電壓幅值較高的情況下,由于沒有足夠的能量,仍不能使發(fā)光二管發(fā)光,從而可以有效地抑制掉干擾信號。由于光電耦合器的線性區(qū)一般只能在某一特定的范圍內,因此,應保證被傳信號的變化范圍始終在線區(qū)內。為了保證線性耦合,既要嚴格挑選光電耦合器,又要采取相應的非線性較正措施,否則將產生較大的誤差。


    (1) 
    光電耦合輸入電路如圖2所示。其中圖2(a)、圖2(b)用的較多,高電平時接成形式,低電平輸入時接成形式。圖2(c)為差動型接法,它具有兩個約束條件,對于防止干擾有明顯的優(yōu)越性,適用于外部干擾嚴重的環(huán)境,當外部設備電流較大時,其傳輸距離可達100~200m,圖2(d)考慮到COMS電路的輸出驅動電流較小,不能直接帶動發(fā)光二管,所以加接一級晶體管作為功率放大,需要注意的是圖中發(fā)光二管和光敏三管應分別由兩個電源供電,電阻值視電壓高低選取。



    光電耦合輸入電路


    (2) 
    光電耦合輸出電路如圖3所示。為了得到和輸入同相的信號,可以采用圖3(a)形式。若要求輸出和輸入反相,可以接成圖3(b)形式。當輸出電路所驅動的元件較多時,可以加接一級晶體管作為驅動功率放大,其接法如圖3(c)所示。有時為了獲得好的輸出波形,輸出信號可經施密特電路整形。

     
    光電耦合輸出電路

    以上兩點是對開關量輸入輸出信號的處理方法,而對模擬輸入輸出信號,為了工業(yè)現場瞬時干擾對它的影響,除加A/DD/A轉換電路和光電耦合外,可根據需要采取軟件的數字濾波技術如中值法、一階遞推數字濾波法等算法。

    結束語

    PLC控制系統(tǒng)的抗干擾性設計是一個復雜的系統(tǒng)工程,涉及到具體的輸入輸出設備和工業(yè)現場的環(huán)境,在設計抗干擾系統(tǒng)時要求要綜合考慮各方面的因素。




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