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1 引言
近半个世纪以来,经典控制理论和现代控制理论、方法和技术(简称传统控制),了令人瞩目的成就。但是,无论是现代控制理论还是大系统理论,其分析、综合和设计都是建立在严格和的数学模型基础之上的。而在科学技术和生产力高速发展的今天,人们对大规模、复杂、不确定性系统实行自动控制的要求不断提高。因此,传统的基于数学模型的控制理论的局限性日益明显。
(1) 传统控制所面临的难题
l 传统控制方法的设计和分析是建立在系统的模型基础上的,而实际系统由于存在复杂性、时变性、不确定性和不性等,一般无法获得的数学模型;
l 采用传统控制理论进行系统设计时,提出并遵循一些苛刻的设,而这些设往往与实际情况不符,使得所设计的系统性能与实际情况相差很远;
l 对某些复杂的带有时变性与不确定性的系统,即使获得了良好的控制性能,当环境条件发生变化时,其性能也会显著变差;
l 为了提高控制性能,传统的控制理论可能变得相当复杂,从而增加了设备投资,降低了系统性。
(2) 传统控制的缺陷与不足
l 对环境的干扰和不确定性缺乏足够的鲁棒性;
l 突发事件的处理需要人工的干预;
l 无法处理非数字和不的信息;
l 无法通过在线学习以提高自身性能。
以上因素正是传统控制技术需要突破的一些症结,于是,控制的基本思想就应运而生了。
2 控制的基本思想[5][6]
控制是智能控制的一个重要分支,它是把系统的思想和方法引入控制系统及其工程应用。就其实质而言,控制是基于控制对象和控制规律的各种知识的总和,而且要以智能的方式使用这些知识,求得受控系统可能地优化和实用化,它反映出智能控制的许多重要特征和功能。
2.1 控制的基本思想
控制=自动控制理论和方法+人工智能系统技术
实际系统中存在的启发式逻辑本质上是实现控制目标的各种规律性的经验知识,这些经验知识难以用一般性的数值形式表达,而适合用符号形式加以描述;再者,这些经验知识既不能简单的罗列,有难以用用解析的方法综合,因而给予恰当的组织,并能自动地进行推理,人工智能中的技术恰恰为这种经验知识的表示和处理提供了有效办法。
人工智能领域中发展起来的系统是一种基于知识的、智能的计算机程序系统。
(1) 系统的两个要素
l 知识库:存储有某个专门领域中事先总结的按某种格式表示的水平的知识条目。
l 推理机制:按照类似水平的问题求解方法,调用知识库中的条目进行推理、判断和决策。
系统的知识库和推理机制在组织结构离建造,而在运行过程中又相互作用,这使得系统具有较大的灵活性:知识的增删、修正和新立于推理机制,具有很好的透明性—推理的结论和根据可以与系统外部交互。
总之,系统将专门领域的问题求解思路、经验、方式组织成一个实际运行的形式系统,表现出一种拟人的智能性,它与传统的自动控制理论和方法的结合,形成了控制的基本思想。
将系统技术引入控制领域,把控制系统看成一个基于知识的系统,而作为系统的部件的控制器则要体现知识推理的机制和结构。
知识库内部的组织结构可采用人工智能中知识表示的合适方法,其中,一部分知识可称为数据,例如事实(先验知识)、据(动态信息)、设(由事实、证据推得的中间状态)和目标(离线设定的或在线建立的性能指标)、数据组织在一起,形成数据库。另一部分知识可称为规则,即定性的推理知识,它们往往表示为产生式规则,组成知识库,在控制中,定量知识,即各种有关的解析算法,一般都立编码,按常规的程序设计方法组织。
推理机制的基本功能在于按某种策略选用推理规则,对于控制,同样可采用人工智能中的前向推理或后向推理策略.
(2) 控制的两个特点
l 定量知识和定性知识分离构造。数值算法直接与受控对象或过程相连,以便得到快速的控制响应。知识系统处于较高的智能层次,实现以智能启发式逻辑推理为主的控制功能。
l 知识库系统。数值算法和人—机通讯三个子过程并发运行,其中,用户通过人—机接口可以直接地与知识库系统,进而间接的与数值算法交互,以便操作人员对于控制系统进行离线的修改或在线的监督、干预。
2.2 控制的目标与实现
控制系统≠系统
系统的理想目标是要实现这样一个控制器或控制系统:
(1) 满足复杂动态过程的控制需要,例如任何时变的、非线性的,受到各种干扰的控制过程;
(2) 控制系统的运行可以利用一些经验知识,而且只需要一些少量的经验知识;
(3) 有关受控过程的知识可以不断的增加、积累,据以改进控制性能;
(4) 潜在的控制知识以透明的方式存放,易于修改和扩充;
(5) 用户可以对控制系统的性能进行定性的说明,例如“速度可能快”、“调要小”等;
(6) 用户可以访问系统的内部信息,进行交互,例如受控过程的动态特性、控制性能的统计分析、限制控制性能等因素,以及对当前采用的控制作用的解释等等。
控制的上述目标可以看作是一种比较含糊的功能定义,它们覆盖了传统控制在一定程度上可以达到的功能,但又过了传统控制技术。作一个形象的比喻,控制是试图在控制闭环中加入一个有经验的工程师,系统能为他提供一个“控制工具箱”,即可对控制、辩识、测量、监视等各种算法选择自便,调节自如。因此,控制实质上是对一个“控制”的思路、经验、策略的模拟、延伸、扩展。
3 基于PLC的控制系统开发工具[2][4]
3.1 现代PLC技术的发展
可编程序控制器问世以来,经过近30年的发展,产品已经发展到四代。其技术日臻完善,应用范围也不断扩展。目前,为了适合大中小企业的不同需要,进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围,PLC正朝着以下两个方向发展:其一是低档PLC向小型、简易、廉价的方向发展,使之能加广泛地取代继电器控制;其二是中、PLC向大型、高速、多功能方向发展,使之能取代工业控制微机的部分功能,对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。
3.2 基于PLC的控制系统开发工具
“基于PLC的控制系统开发工具”(ECST V2.2)所开发出的控制系统是用于工业实时控制,它是控制与常规控制的集成,即控制的控制策略通过常规的控制机构来实现,从而到达智能控制与常规控制相结合。Paradym-31是世界工控厂家Wizdom公司的Paradym-3(P31)工作平台,它有硬件和软件两部分组成,软件部分是基于bbbbbbs操作系统逼供内具备图形化开发环境的工作平台,在图形化的编程界面下,用户可以在其中制作和调试自己的应用程序(如梯形图、顺控图、功能模块图),编译过的应用程序可下载到硬件部分进行工作;硬件部分拥有立的CPU模块,具备实时的控制器内核。同时,通用的通讯端口可方便地与外部设备进行RS232、Modbus、及以太网通讯。因此,P31可通过该通讯端口进行监视、暂停、开始、改某一变量数值等操作,从而达到可视化的控制被控对象的目的。
(1) “基于PLC的控制系统开发工具”结构图
“基于PLC的控制系统开发工具”结构图如图2所示。与其它开发工具相比,“基于PLC的控制系统开发工具”的不同之处是:在主窗口处增加了“导入控制器”;在编辑子窗口处,“设计系统”菜单下的内容又有所变化,该菜单下各项子菜单的作用如下:“创建系统控制器”是创建一个新的系统控制器,“导出系统控制器”是把创建好的系统控制器打开在“多页编辑窗口”。在“创建系统控制器”中,“创建功能块对话框”为用户提供了创建输入输出变量以及内部变量的接口,该窗口为用户产生了一个空的系统,具体实现要在“多页编辑窗口中”添加。
“多页编辑窗口中”共有五项,它们分别是“控制头文件”、“控制模块”、“控制算法集”、“动态数据库”、“知识库”。其中,需要说明的是“控制头文件”是由“创建功能块对话框”产生的,在一般情况下,无须添加和修改。“存储控制器到P31”是把编辑或修改后的内容作为P31常规控制的一部分保存起来。
(2) 基于PLC的控制器的产生过程
l ,利用“基于PLC的控制系统开发工具”产生一个系统;
l 其次,通过相应常规控制的开发平台嵌入到常规PLC控制中,与常规控制的其它模块一起构成了控制器;
l 然后,下载控制器的程序(梯形图)到常规PLC控制设备中,就能够完成对一实际被控对象的控制任务。如图4所示:
图 4 基于PLC的控制器对实际过程的控制
4 结束语
本文所介绍的基于PLC的控制系统开发工具ECST具有控制系统的开发环境,灵活的知识表示和正向、反向的推理方法,可以与常规控制相结合,构成实时控制系统。但是,与其它新技术一样,控制所要求的目标既难于实现,也难于一步到位,它仍需进一步地完善。
嵌入式PLC技术是嵌入式系统与软PLC技术的结合。在我国嵌入式PLC的发展空间,它十分有利于发挥我国自动化行业发展。当前,嵌入式PLC的发展也呈现多元化,国内外均有良好表现。
嵌入式PLC的发展也呈现多元化,国内外均有良好表现:德国赫优讯推出的将现场总线技术和PLC技术结合的netPLC很有特色;国内几年前就有华中科技大学在EASYCORE1.00芯片组中加载了嵌入式PLC系统软件,作为硬件平台,开发了多模人通道的嵌入式PLC;还有一种发展路径是以开发PLC与人机界结合的硬件/软件一体化为目标的平台,充分利用了CASE工具,结合各类嵌入式芯片的开发平台和各种输入/输出通道的硬件电路库,专为机电设备开发客制化、具有ODM性质的PLC。
嵌入式PLC具有很大的发展空间。嵌入式PLC的发展也呈现多元化,国内外均有良好表现:德国赫优讯推出的将现场总线技术和PLC技术结合的netPLC很有特色;国内几年前就有华中科技大学在EASYCORE1.00芯片组中加载了嵌入式PLC系统软件,作为硬件平台,开发了多模人通道的嵌入式PLC;还有一种发展路径是以开发PLC与人机界结合的硬件/软件一体化为目标的平台,充分利用了CASE工具,结合各类嵌入式芯片的开发平台和各种输入/输出通道的硬件电路库,专为机电设备开发客制化、具有ODM性质的PLC。
而在我国嵌入式PLC的发展空间,在于它十分有利于发挥我国自动化行业发展的两大特点:有相当雄厚的为机电设备配套的市场基础,并拥有足够的、性价比优的设计开发队伍。我们可以以的成本、较高的质量,并按客制化的要求设计、生产为机电设备配套的嵌入式PLC,来代替通用PLC。
同时,嵌入式PLC的硬件、软件、人机界面、通信等各方面的功能设计灵活,易于剪裁,贴近各种档次的机电设备的要求。嵌入式PLC基于嵌入式系统的技术基础,拿来就可用。SOC芯片、嵌入式操作系统与符合工EC61131-3编程语言标准的编程环境等优势,使得其在市场上很容易找到。
事实上,嵌入式软PLC技术是嵌入式系统与软PLC技术的结合。嵌入式软PLC技术既拥有软PLC技术的优点,又继承了嵌入式系统的长处。它具有以下优点:
1.嵌入式软PLC系统具有较开放的硬件体系结构,用户可以根据子的需要自由选择合适的硬件平台来构建满足用户需求的控制系统。
2.嵌入式软PLC系统的指令集相比于传统PLC的指令集加的丰富,大大方便了用户去编写工业。
3.由于嵌入式芯片技术的款速发展,嵌入式软PLC产品的性价比得到了飞速的发展。4.嵌入式软PLC系统具有较为开放的架构与标准,产品可同时加入到PLC网络和标准的计算机网络中.这是现有计算机网络的很多研究的成果可以很容易的应用于PLC控制技术中。
5.嵌入式软PLC技术是基于IEC61131-3语言标准,所以程序开发较为方便,利于复用,能够缩短产品研发周期,调试与维护也比较方便。
在现代化的工业生产设备中,有大量的数字量及模拟量的控制装置,例如电机的起停,电磁阀的开闭,产品的计数,温度、压力、流量的设定与控制等,工业现场中的这些自动控制问题,可编程控制器(PLC)已成为解决的有效的工具之一。PLC控制系统设计时应注意以下几点。关键字: PLC 控制系统 设计
自动控制可编程序控制器系统设计、应用
在现代化的工业生产设备中,有大量的数字量及模拟量的控制装置,例如电机的起停,电磁阀的开闭,产品的计数,温度、压力、流量的设定与控制等,工业现场中的这些自动控制问题,可编程控制器(PLC)已成为解决的有效的工具之一。PLC控制系统设计时应注意以下几点。
一、 可编程序控制器(PLC)及编程器的选购:
目前市场上的PLC产品众多,除国产以外,国外的有:日本OMRON、MITSUBISHI、FUJI、IDEC、HITACHI、松下,德国的西门子,韩国的LG等,如何选购PLC产品呢?
1. 系统应确定系统用PLC单机控制还是用PLC形成网络,由此计算输入、输出(I/O)点数,并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上预留10%的余量。
2. 确定负载类型根据PLC输出端所带负载是直流型还是交流型,是大电流还是小电流,以及PLC输出点动作的频率等,从而确定输出端采用继电器输出还是晶体管输出,或是晶闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式对系统的稳定运行是很重要的。
3. 存储容量与指令的执行速度是PLC选型的重要指标,一般存储量越大、速度越快的PLC价格就越高,尽管国外各厂家产品大体相同,但也有一定区别。
4. “COM”点的选择,
不同的PLC产品,其“COM”点的数量是不一样的,有的一个“COM”点带8个输出点,有的带4个输出点,也有带1个或2个输出点。当负载的种类多且电流大时,采用一个“COM”点带1-2个输出点的产品,当负载种类少数量多时,采用一个“COM”点带4-8个输出点产品。
5. 因为各生产厂家的开发软件不同,系统地兼容性也是选购时的,目前还没有发现兼容的产品,应根据系统合理选用PLC产品。
6. 编程器的选购:
PLC编程可采取三种方式:一是用一般的手持式编程器,它只能用厂家规定的语句表中的语句编程。正中方式易于现场调试并且体积低,但它的效率低适应机种类型少,比较适用于系统容量小、用量少的系统中。二是图形编程器编程,这种方式采用图形方式编程,方便直观,一般电气人员短期就可以应用自如,但编程器价格较高。三是用IBM及其兼容个人计算机+PLC软件包编程,这种方式是效率的一种方式,也是常用的一种方式,但大部分软件包价格昂贵。
7.尽量选用大公司的产品,因为其产品质量,且技术支持好,一般售后服务也较好,有利于以后产品的扩展与软、硬件升级。
二、输入、输出回路的设计
1.电源回路
PLC供电一般为AC85-240V(也有DC24V),适应电源范围较宽,但为了抗干扰,应加装电源净化元件(如电源滤波器、1:1隔离变压器等)
2.PLC上DC24V电源的使用
各公司PLC产品上一般都有DC24V电源,但该电源容量小,为几十毫安至几百毫安,用其带负载时应注意容量,同时做好防短路措施(因为该电源的过载或短路将影响PLC的运行)。
3.外部DC24V电源
若输入回路有DC24V供电的接近开关、光电开关等,而PLC上的DC24V电源容量不够时,要从外部提供DC24V电源;但该电源的“一”端不要与PLC的DC24V电源的“一”以及“COM”端相连,否则会影响PLC的运行。
4.输入的灵敏度
各生产厂家对PLC的输入电压和电流都有规定,当输入元件的输入电流大于PLC的大输入电流或有漏电流时,就会有误动作,降低灵敏度。所以应适用弱电流输入并对漏电流采取防护措施,并且选用输入为供漏型输入的PLC。
两线式传感器(光电开关、无触点开关)有LED的限位开关时,输入漏电流会产生错误输入或灯亮,对策为连接泄放电阻降低输入阻抗,阻值由图1中公式推导:
晶体管或双向可控硅输出时,若接到一个较大冲击电流的设备上,就考虑保护晶体管和可控硅。晶体管和可控硅可以经受额定电流10倍的冲击电流,如果出,可按图2、图3之一来减少它:
5. 对感性负载处理
在输入、输出端接感性负载时,要在负载两端并联一个冲击抑制器或二管,二管的阴与电压㈩侧连接。
6. 外部互锁与接地
利用PLC控制电机正反转等正、反动作时,为避免PC的异常动作引起事故及机械损坏,应在外部组成一个连锁回路。
接地:端子是大地接地端子。用防止感应电的接地线(截面积2mm2以上的电线)采用三种接地方式(接地电阻100Ω以下)。
LG是噪音滤波器中性端子,若因噪音大而产生误动作,或为了防止电击,把LG与短接,采用三种接地方式。接地线的长度在20m以内为宜。
接地线与其它设备共用或与建筑物的金属结构连接会适得其反,受到恶劣影响。
7. PLC外部驱动电路
对于PLC输出不能直接带动负载的情况下,在外部采用驱动电路,可以用固态继电器或晶闸管电路驱动,同时应采用保护电路和浪涌吸收电路。
另外PLC的输入输出布线也有一定要求,请参照各公司的使用说明书。
三、 扩展模块的选用
对于小的系统,如80点以内的系统,一般不需要扩展;当系统较大时,就要扩展。不同公司的产品,对系统总点数及扩展模块数量都有限制,当扩展仍不能满足需要时,可采用网络结构。同时,有些厂家产品的个别指令不支持扩展模块,因此,在进行软件编程时要注意。当采用温度等模拟模块时,各厂家也有一些规定,请参阅相关技术手册。
四、 PLC的网络设计
当用PLC进行网络设计时,其难度比PLC单机控制大得多,应选用自己比较熟悉的机型,对其基本指令和功能指令有较深入的了解,并且指令的执行速度和用户程序存储容量也应仔细了解。否则不能适应实时要求,造成系统崩溃。另外对通信接口,通信协议、数据传送速度等也要考虑。
后还要向PLC的厂家寻求网络设计和软件支持及详细技术资料,至于选用几层工作站,依照系统大小而定。
五、 软件编制
在编制软件前,应熟悉所选用的PLC产品说明书,待熟悉后再编程。若采用图形编程器或软件包编程,则可直接编程,若用手持编程器编程,应先画出梯形图,然后编程,这样可以减少出错,速度也快,编成完成后先空运转,待各个动作正常后,再在设备上调试




本文分析了PLC控制系统的干扰源和抗干扰措施,指出在工程应用时综合考虑控制系统的抗干扰性能,并提出抗干扰措施。
尽管PLC(可编程序控制器)自身已具备较好的抗干扰能力,但在PLC控制系统的工程设计、应用和维护过程中,系统抗干扰能力仍然是系统运行的关键。笔者在多年教学、科研和生产实践中常遇到PLC因干扰而不能正常工作的情形。因自动化系统中所使用的各种类型PLC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,要求在工程设计、安装施工和使用维护中高度重视,多方配合才能解决问题,有效地增强系统的抗干扰能力。
1 干扰源分析
1.1 干扰源及其一般分类
对PLC系统而言,常采用共模干扰和差模干扰的分类方法。共模干扰主要由电网串入、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时,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,这种干扰直接叠加在信号上,直接影响测量与控制精度。此外,按噪声产生的原因,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,分为持续噪声、偶发噪声等。
2.2 PLC控制系统干扰的主要来源
(1)来自空间的辐射干扰。空间的辐射电磁场(EMI),主要由电力网络、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,通常称为辐射干扰。其分布为复杂。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;二是对PLC通信网络的辐射,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。
(2)来自电源的干扰。因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多,换隔离性能好的PLC电源,才能解决问题。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,如开关操作浪涌、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,但因其结构及制造工艺使其隔离性并不理想。
(3)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,大大降低测量精度,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模件损坏相当严重,由此引起系统故障的情况也很多。
(4)来自接地系统混乱的干扰。PLC控制系统正确的接地,是为了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。这样会引起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,当发生异常情况时,地线电流将大。
屏蔽层、接地线和大地也有可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内会出现感应电流,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,引起信号测控失真和误动作。
(5)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。要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。
2 抗干扰设计和措施
2.1 选择抗干扰性能好的设备
选择设备时,要选择有较高抗干扰能力的产品,包括电磁兼容性(EMC),尤其是选择抗外部干扰能力强的产品,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;另外还要调查其在类似工作中的应用实绩。在选择国外进口产品时要注意电网制式。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高。因此在采用国外产品时,需按我国的标准(GB/T13926)合理选择。
2.2 综合抗干扰设计
主要考虑来自系统外部的几种干扰源并采取相应抑制措施。主要包括: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,特别是动力电缆,要分层布置,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。另外还利用软件手段,进一步提高系统的性。
2.3 电源的选择
在PLC控制系统中,电源占有重要的地位。主要是变送器供电的电源和PLC系统有直接电气连接的仪表供电电源引起的干扰,并没有受到足够的重视,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。
2.4 电缆的选择和布置
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,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布置,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布置,以减少电磁干扰。
2.5 滤波及软件抗干扰措施
信号在接入PLC前,在信号线与地间并接电容,以减少共模干扰;在信号两间加装滤波器可减少差模干扰。此外,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,以提高软件结构性。
2.6 完善接地系统
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,各装置的柜体接地点以单的接地线引向接地。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)连接各装置的柜体接地点,然后将接地母线直接连接接地。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。接地的接地电阻小于2Ω,接地埋在距建筑物10~15m远处,而且PLC系统接地点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地。
综上可见,PLC控制系统中的干扰是个十分复杂的问题,在设计中应综合考虑各方面的因素,合理有效地抑制抗干扰,对某些干扰还需作具体分析,采取对症的方法,才能使PLC控制系统正常工作。