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PLC系统工业现场应用时的干扰分析及对策

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日期:2006-4-8 0:13:43     来源:   作者: 点击:
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1 前 言
   PLC在工业控制中的应用越来越广泛,虽然PLC产品本身的可靠性已近乎完善,但因工业现场环境恶劣,电磁设备集中,直接或间接地对PLC控制系统产生干扰,PLC故障时有发生。因此必须对现场的干扰情况进行分析,采取相应的措施,确保PLC工控系统安全稳定运行。
 2 干扰来源及干扰途径
 2.1 干扰来源
   (1)来自电源的干扰。主要包括两部分:通过PLC供电电源引入的干扰;通过变送器电源或共用信号仪表的供电电源引入的干扰。PLC系统应用的电源总是跟整个电网联接在一起,而电网的覆盖范围非常广泛,电网内开关操作浪涌、电气设备起停频繁、整流变频设备引起的谐波、短路电流冲击等,都会通过输电线路传到PLC电源的原边,形成干扰。
   (2)来自空间的辐射干扰。工业现场密布的动力线路、电气设备的暂态过程、雷电、无线信号、高频感应加热设备等,都会产生空间辐射电磁场[1],PLC系统若处于其中,就会受到辐射干扰。一是对PLC内部的辐射、通过PLC电路感应产生干扰,二是对PLC外部信号传输线路的辐射,通过信号传输引入干扰。
   (3)来自接地系统的干扰。通常将接地点的电位认为是零电位,而实际情况并非如此,因为接地导体与大地相接总是存在一定的接地电阻。当电流流经该导体进入大地时,在接地点就形成了一定的电位,不同电位的接地点连接在一起时就形成了地环电流,地环电流作用于PLC系统,形成干扰。地环电流是一种共模形式的干扰,对系统的干扰是同方向的。
 2.2 干扰途径
   (1)线路传导:包括电源引入、接地引入。这几种干扰都是直接通过线路引入系统的,在系统内产生干扰电压或电流。
   (2)电场耦合:造成电场耦合的原因是两根导线之间分布电容的存在,见图1。
 
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   导线1在导线2上产生的对地干扰电压为:
 
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 式中 VN —导线2的对地电压;
         ω—导线1的角频率;
          C12—导线1和2之间的分布电容;
         V1—导线1的电压;
         R—导线2的对地负载总电阻;
         C2G—导线2的对地总电容(C2G >> C12)。
   (3)磁场耦合:磁场耦合产生干扰的情况见图2。
 
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   回路1的磁场在回路2上产生的干扰电压为:
   VN=jωBAcosθ       
 式中 VN—回路1在回路2上产生的干扰电压;
        ω—回路1的磁场角频率;
        B—回路1在回路2处的磁通密度;
        A—回路2的磁感应面积;
        θ—矢量B与A的夹角。
 3 抑制或消除干扰的措施
 3.1 消除或减少电源等干扰源
   (1)采用非动力线路供电,避开现场动力线路,将现场电气设备的起停开关等对电源的影响排除在系统之外,减少干扰源。
   (2)用UPS不间断电源供电。随着技术的进步,目前UPS除了不间断供电之外,还具备过压、欠压保护功能、软件监控、与电网隔离等功能,可以削弱干扰源,是一种简单而有效地选择。
   (3)采用新型高效电子器件TVS。TVS是一种特殊的稳压二极管,当它的两端承受电网尖峰脉冲冲击时,它能以极快的速度将两端间的阻抗值由高阻抗降至低阻抗,从而保持其两端电压在一个预定的数值上,切断干扰源。对于变送器电源和信号仪表的供电,应采用分布电容小、抑制带大的配电器,减少带给PLC系统的干扰。

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