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浔之漫智控技术(上海)有限公司
主营：西门子DP电缆代理商
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西门子6ES7277-0AA22-0XA0大量库存
一、概述
自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。
二、电磁干扰源及对系统的干扰
1 干扰源及干扰一般分类
影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。
干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两较间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。
2 PLC控制系统中电磁干扰的主要来源
2.1 来自空间的辐射干扰
空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布较为复杂。若PLC系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。
2.2 来自系统外引线的干扰
主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。
（1）来自电源的干扰
实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高的PLC电源，问题才得到解决。
PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，**隔离是不可能的。
（2）来自信号线引入的干扰
与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。
（3）来自接地系统混乱时的干扰
接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。
PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。
此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。
2.3 来自PLC系统内部的干扰
主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。
三、PLC控制系统工程应用的抗干扰设计
为了保证系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰，必须从设计阶段开始便采取三个方面抑制措施：抑制干扰源；切断或衰减电磁干扰的传播途径；提高装置和系统的抗干扰能力。这三点就是抑制电磁干扰的基本原则。
PLC控制系统的抗干扰是一个系统工程，要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰能力的产品，且有赖于使用部门在工程设计、安装施工和运行维护中予以全面考虑，并结合具有情况进行综合设计，才能保证系统的电磁兼容性和运行可靠性。进行具体工程的抗干扰设计时，应主要以下两个方面。
1 设备选型
在选择设备时，首先要选择有较高抗干扰能力的产品，其包括了电磁兼容性（EMC），尤其是抗外部干扰能力，如采用浮地技术、隔离性能好的PLC系统；其次还应了解生产厂给出的抗干扰指标，如共模拟制比、差模拟制比，耐压能力、允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作；另外是靠考查其在类似工作中的应用实绩。在选择国外进口产品要注意：我国是采用220V高内阻电网制式，而欧美地区是110V低内阻电网。由于我国电网内阻大，零点电位漂移大，地电位变化大，工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上，对系统抗干扰性能要求更高，在国外能正常工作的PLC产品在国内工业就不一定能可靠运行，这就要在采用国外产品时，按我国的标准（GB/T13926）合理选择。
2 综合抗干扰设计
主要考虑来自系统外部的几种如果抑制措施。主要内容包括：对PLC系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰；对外引线进行隔离、滤波，特别是原理动力电缆，分层布置，以防通过外引线引入传导电磁干扰；正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。另外还必须利用软件手段，进一步提高系统的性。
四、主要抗干扰措施
1 采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰
在PLC控制系统中，电源占有较重要的地位。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源（如CPU电源、I/O电源等）、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在，对于PLC系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好电源，而对于变送器供电的电源和PLC系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但普遍还不够，主要是使用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少PLC系统的干扰。
此外，位保证电网馈点不中断，可采用在线式不间断供电电源（UPS）供电，提高供电的性。并且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种PLC控制系统的理想电源。
2 电缆选择的敖设
为了减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆。笔者在某工程中，采用了铜带铠装屏蔽电力电缆，从而降低了动力线生产的电磁干扰，该工程投产后取得了满意的效果。
不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敖设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠行敖设，以减少电磁干扰。
3 硬件滤波及软件抗如果措施
信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰；在信号两较间加装滤波器可减少差模干扰。
由于电磁干扰的复杂性，要根本迎接干扰影响是不可能的，因此在PLC控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的可靠性。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样，可有效周期性干扰；定时校正参考点电位，并采用动态零点，可有效防止电位漂移；采用信息冗余技术，设计相应的软件标志位；采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。
4 正确选择接地点，完善接地系统
接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。
系统接地方式有：浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对PLC控制系统而言，它属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz，所以PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的PLC系统适于并联一点接地方式，各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地较。如果装置间距较大，应采用串联一点接地方式。用一根大截面铜母线（或绝缘电缆）连接各装置的柜体中心接地点，然后将接地母线直接连接接地较。接地线采用截面大于22mm2的铜导线，总母线使用截面大于60mm2的铜排。接地较的接地电阻小于2Ω，接地较较好埋在距建筑物10~15m远处，而且PLC系统接地点必须与强电设备接地点相距10m以上。
信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理。选择适当的接地处单点接点。
一、状况
在双良的蒸气双效化锂吸收式冷气机组中，使用欧姆龙的PLC（C200HE-CPU42，电源PA204S）来控制两台水泵的启动。在依次启动两台水泵时，经常导致PLC的电源中断，从而程序停止运行。
二、检测
1、使用电压波形测试器来测量两台水泵依次启动时PLC电源PA204S的交流供电端电压变化发现：在未启动水泵时，供电端电压正常，在启动两台水泵时，供电端电压瞬时降至184V—186V且持续时间在25ms以上，PLC停止工作，从而确定是水泵对PLC电源的影响。
2、为解决这个问题，分别作以下几个测试：
a） 先开大泵，延时10s左右再启动小泵，供电电压降至190V左右，说明先开大泵，使电压瞬时下降，稍后启动小泵，会影响较小，但这样需要修改PLC程序。
b） 由于水泵供电是由高压线经变压器转过来，可以考虑将变压器增容，换个大容量的变压器，可能使水泵对PLC供电电压影响会小些。
c） 在PLC供电端接一个大电容，但是效果不明显。
d） 最后在变压器转换后的另一路供电中接一个220V来PLC的电源供电，发现即便在同时启动两台水泵时，PLC的供电电压下降也只在204V—206V左右，完全可以。
三、结论
由于PLC的电源供电是与水泵走同一路供电，且该厂的变压器容量较小，所以在启动两台水泵时，引起PLC供电电压下降至85%额定电压以下，且持续时间**过10ms，从而导致PLC检测到电源中断，停止工作。故建议从变压器转换后另一路中接一个220V来单独供PLC电源，即能解决这个问题。
在空分生产装置中，空压透平机是重要的单体设备，是空分生产的**，设备性能和过程控制的好坏，将直接影响生产的顺行。基于PLC的控制系统，具有模块化、无排风扇结构和易于实现分布等特点，很好满足了其控制的要求。
1. 工艺概述
空压透平机为离心式三级压缩机，传动装置为高压无刷同步电机。空气经过吸气塔消音除尘处理后，进入一级压缩机，经过压缩后，气体经过水冷却进入二级压缩机，再经水冷却和压缩后排出。
2. 系统配置及功能特点
2.1 硬件系统
（1）*处理单元选用1块CPU模块，它具有大型的程序存储容量，并有多种总线接口接口，可以配制成分布的自动化结构，易于今后的系统扩展。智能化的诊断功能连续监控系统工作是否正常，并记录错误和特殊系统事件。
（2）接口模块共2块，用于多机架配置中主机架和扩展机架之间的连接，可扩展3个机架，各机架之间的较大距离为10米。
（3）信号模块包括数字量输入模块7块、输出模块3块，模拟量输入模块2块、出模块2块。数字量输入/输出模块能自动诊断无编码器电源、无内外部辅助电压、模块参数错误、看门狗错误、EPROM故障、过程报警信息丢失等；模拟量输入模块能自动诊断无外部电压、组态参数错误、共模故障、短线、测量范围溢出等故障；模拟量输出模块能自动诊断无外部电压、组态参数错误、对地短路等故障。
（4）人机界面选用中文触摸屏, 用于实现用户对生产过程的监控和操作，界面十分友好。
贝加莱公司提供了丰富的I/O模块，以及带有众多并行接口并拥有可靠性能的CPU系列，较高的绝缘等级（防爆，防静电），以及优异的性价比。集成的系统解决方案降低了标记模块输入输出时所带来的潜在错误。只要任何一处发生变化，立即会在项目的个个层次反映出来，这样就能节省更多的时间投入到其他更重要的任务中，并且避免了控制系统开发阶段中会出现的差错，不仅提高项目开发的质量而且增强了客户的竞争力
2.2 软件系统
（1）贝加莱集成一体的自动化编程调试工具Automation Studio允许用户使用IEC标准语言或者ANSI C编写多任务控制程序，支持统一字符编码，多层视图以及分布式网络，现场总线和串口通信。
（2）口令保护，多机口令保护可以使用户高度、有效的保护其技术秘密，防止未经允许的复制和修改。
3．系统通讯
系统的拓扑结构采用星形结构，在操作层使用高速以太网，而在低层采用CAN总线，RS422以及RS485进行通信。对于不同的控制对象，所有的控制器都具有智能，并且能单独的执行各自的任务。这就使得控制对象在交换信息时拥有故障保护功能。如果与高层通讯中断，那么这些对象就会根据控制器指派的算法进行操作，而这些算法是根据相应的安全措施进行设计的，这样一来就不需要让设备急停。这种结构能够使其中一个单元出现故障时仍能正常工作。
该套控制系统有如下特点：
－ 随着精度的增加可以进行动态调节
－ 在启动燃气透平时加强了可靠性
－ 详尽的诊断和错误分析－并行“孤岛模式”的操作。由于操作人员的快速干涉使机器的正常运行时间有了明显提高。
－ 运用贝加莱公司的PLC和DCS技术能够灵活的实现在先修改和扩展功能。
－ 诸如性能指标，燃料消耗，电能以及热能产值这些自动计算。对执行效率的实时评估使得主原料的品质能够及时调整，从而保证系统性能。
－ 用户能够随时干预，独立的调节各项参数。
－ 通过增加安全功能以及减少外部设备使得维护方式变得简便，维护周期变得更长。
－ 附加的操作，服务以及维护信息，使得用户能够在“指导模式”下对整个技术环境有一个总览，这样就能在紧急情况下明显减少决断次数。
细纱机是纺织厂的**设备，具有前后两个辊子。由于辊子的速度比后面辊子快，从前辊子进去的粗纱在两个辊子之间得到拉延，从后面辊子输出的纱就变细了。花式纱不是均匀粗细，而是粗细相间。要得到粗细相间的纱，只需让后辊子的转速时快时慢即可。
1. 差动齿轮系的设计
来自于前辊子的转速经过齿轮减速后作为差动齿轮系的一个输入，另一个输入由两台伺服电动机通过机械合成而成，能实现启停500次/min。若两台伺服电动机不转，差动齿轮系输出到后辊子的为一个低于前辊子的均匀速度，此时细纺机纺出为普通纱。若两台伺服电机均启停250次/min，且启停时间错开，通过机械合成后为启停500次/min，此时差动轮系输出到后辊子的变化速度为500次/min，细纺机纺出为花式纱。
2. 控制系统硬件的设计
在纺纱过程中需要不断地改变纱的粗细、纱的长度和节距3个参数，要求伺服电机不断改变启停周期和速度，每种纱常有300多种变化组合，参数要求方便进行调整，而且工作环境较恶劣，可靠性要求高。
伺服系统电机采用低惯量永磁同步电机。两套伺服系统的速度控制号由PLC模拟量I/O模块输出控制。两套伺服系统的启停控制信号由PLC扩展的脉冲输出模块输出端控制，其相位相互错开。
为了调节纱的粗细、长度和节距，PLC需要不断前辊子的速度，根据设置的参数和的前辊子速度计算出后辊子的速度和开关频率。前辊子速度和伺服电机速度的采用光电编码器，其输出的脉冲信号输送到PLC的高速计数模块进行计数从而得到前辊子的速度以计算伺服电机速度和开关频率。另外PLC 选用绝缘型通讯用适配器与工控机进行通讯，以实现参数的设置和监控。通过HMI，单独机器部件的状态用图表界面简单明了的变现出来，使得操作和配置更加容易。
贝加莱X20系统能够实现高速的I/O控制，降低了线缆的费用，其模块化设计让系统具有**群的扩展能力，紧密的硬件设计则节省了面板的安全空间。
3．程序设计
速度采用M法测速，在固定的时间间隔Ts内读取速度信号的脉冲数从而计算出转速的大小。串行通信模块数据传送利用RS指令，其与工控机进行串行通信时可以设置数据长度、奇偶性、波特率、停止位等。D/A模块具有电压输出和电流输出两种形式。数模转换模块采用FROM，TO指令，其中FROM控制A/D输入，TO控制D/A输出，编程指令包含选择数模转换通道和输入输出数据存元，设置数模转换命令，输出或读入转换等。
贝加莱系统每一个完整的控制系统的操作配置都集成在一个自动化软件Automation Studio中，不仅加快了工程进度也节省了成本。
4．结论
该纺织**细纱机控制系统采用PLC加差动齿轮加伺服电机的设计，后辊子速度变化频率可达500次/min，充分满足了细纱机生产的需要。运行表明，该系统设计合理、工作可靠。
伺服电机又称执行电机，它是控制电机的一种。它是一种用电脉冲信号进行控制的，并将脉冲信号转变成相应的角位移或直线位移和角速度的执行元件。
当今世界科技发展迅猛，新知识、新技术、新工艺、新产品层出不穷，传统的电机拖动系统不断的被更新和改造。伺服驱动装置在冲压车间传输系统和自动化设备中一直有可靠的应用，现在，该装置在压力机的主驱动装置上也得到了应用。功率更高的伺服驱动装置应用于冲压成形过程，具有更大的灵活性。在某种程度上，变化着的压力机概念既相互竞争，同时也相互互补，不存在普遍适用的解决办法。客户在冲压和质量方面的具体要求、内部的专门技术以及生产和物流方面的要求产生了各种不同的冲压车间。利用PLC可以直接对伺服电机进行位置和速度控制，*增加定位模块，节约成本。PLC的处理速度高，输出脉冲的频率也很高，而且指令也很简单，在系统联机的情况下也可方便地进行所有指令的修改工作。
传统的伺服控制系统大多经过一个闭环回路，控制系统内各装置的定位、速度与力矩；但随着一些大型分布式生产系统所须控制的装置日益增多、配线也更为复杂。在这种情况下，往往会使其分辨率和同步性、实时性捉襟见肘，且易受到电源等噪声的干扰。
PLC在自动化控制领域中，应用十分广泛。尤其是近几年PLC在处理速度，指令及容量、单轴控制方面得到飞速的发展，使得PLC在控制伺服电机方面也变得简单易行。
将开清棉联合机输出的棉流，直接均匀地输配给多台梳棉机，由此组成的联合机称为清梳联合机，简称“清梳联”。
清梳联将清花、梳棉两个工序连接成一个工序，取消了清棉成卷过程，省略了落卷、储卷、运卷和换卷等操作。清梳联由开清棉联合机和6台～12台梳棉机组成。作为纺纱工艺的**道工序，可完成棉包的开松、除杂、混合、输送和梳理，制成合格棉条的工序。由于生产中各机组多联锁控制，以到达各机组喂棉不脱节的效果，故清梳联系统可采用一个PLC进行整个系统的控制，单元机可通过现场总线以远程I/O方式来控制。
欧姆龙整体解决方案及其优势：
我们采用一个主PLC （CJ1M）和若干个从PLC （CP1H）加 NT5Z（5.7”）触摸屏来构成清梳联控制系统，主从PLC之间通过DeviceNet现场总线连接，实现远程I/O控制。主PLC带Devicenet通讯模块（连接各单元机）和以太网模块（连接办公自动化系统），控制程序集中在主PLC上，从PLC负责执行对主PLC的I/O映像和人机界面功能。该配置实现了各机组之间的连锁控制，保证了后方机台对前方机台喂棉不脱节、不跑空，提高了单机的运转效率。
网络系统：DeviceNet
DeviceNet是具有优良施工性能的一种现场网络，覆盖了广阔的应用领域，从传感器层到元件层，直到控制器层。各种控制器件，如PLC、机器人、传感器、和传动器，能便利地连接到一个单独的网络中。这样就能够在设备和生产线的设计制造、安装、调试、维护等各个制造现场的环节上降，同时节约时间。通过到主站网络的无缝连接，能向客户提供PLC和SCM对策的进一步的附加价值。
DeviceNet较大可连接64个结点，速率较高可达500kbps，通信距离较远可达500m，能够为开发和设计、生产和启动、操作和维护创造很多优势。它有着多种兼容元件，能更容易地进行系统构筑；在从站实现了设备模块化，从而减少了组装时间和布线时间，预防了布线错误，实现了更加紧凑的控制面板和设备。DeviceNet软件的简单设置和通信工作缩短了启动时间；能从元件收集到各种数据帮助预防性维护，从而防止系统突然死机并提高操作速度；并能在不停止系统下，用连接器进行简单的即插即用来更换元件。