西门子PLC的抗干扰措施.pdf

西门子 PLC 的抗干扰措施 南京航大意航科技有限公司 左夏 1.概述 西门子 S7 系列可编程控制器是专门为工业控制设计的，在设计和制造过程中 SIEMENS 采取了多层次抗干扰措施，使系统能在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作。 运行的稳定性和可靠性很高，PLC 平均无故障工作时间高达几万小时。随着计算机技术 的发展，PLC 的功能也越来越强，使用越来越方便，因此在工业控制系统中使用日益广 泛。但是，产品的可靠性高只是保证系统可靠工作的前提，还必须在设计和安装 PLC系 统过程中采用相应的措施，才能保证系统可靠工作。 在 PLC 使用现场的情况往往比较复杂，常常存在各种不同配电、控制及驱动设备,各 个设备之间控制电缆的铺设也很接近，这就造成了干扰的产生。电网的波动、大功率用 电设备电缆线及其本身产生的电磁斜波，另外一些自然环境如闪电等都会对 PLC 的正常 工作造成影响。 2.PLC 系统设计时的抗干扰措施 2.1 .硬件措施 2.1.1.屏蔽: 采用屏蔽有两个目的：一是限制内部的辐射电磁能越出某一区域；二是防 止外来的辐射进入某一区域。对电源变压器、中央处理器、编程器等主要部件，采用导 电、导磁性良好的材料进行屏蔽处理，以防止外界干扰信号的影响。选择机柜时因尽量 选择框架结构的控制柜，同时要保证机柜的密封性能良好。 2.1.2.滤波:对供电系统计输入线路采用多种形式的滤波处理，以消除和抑制高频干扰 信号，也削弱两个模块间的相互影响。 2.1.3.电源调整与保护:电源波动造成电压畸变或毛刺，将对 PLC 及 I/O 模块产生不良 影响。对 CPU核心部件所需要的＋5V电源采用多级滤波处理，并用集成电压调整器进行 调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。尽量时电源线平行走线，时电 源线对地呈低阻抗，以减少电源噪声干扰。其屏蔽层接地方式不同，对干扰抑制效果不 一样，一般次级线圈不能接地。输入、输出线应用双绞线且屏蔽层应可靠接地，以抑制 共摸干扰。 2.1.4.隔离:在微处理器与 I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地把他们各离开来， 以防外部的干扰信号及地线环路中产生的噪声电信号通过公共地线进入PLC本机，从而 影响其正常工作。 2.1.5.采用模块式结构:这种结构有助于在故障发生时进行短时期修复，一旦查出某一 模块出现故障，可迅速更换，使系统恢复正常工作，同时也有助于加速查找系统故障的 原因。 2.2.软件措施 为了提高输入信号的信噪比，常采用软件数字滤波来提高有用信号真实性。对于有大 幅度随机干扰的系统，采用程序限幅法，即连续采样 5 次，若某一次采样支援远大于其 他几次采样的幅值，那么就舍取之。对于流量、压力、液面、位移等参数，往往在一定 范围内频繁波动，则采用算术平均法。即用 n 次采样的平均值来代替当前值。一般认为: 流量 n=12，压力n=4 最合适。 2.2.1.故障诊断:系统软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及 强干扰信号等，以便及时反映和处理。 2.2.2.信号保护和恢复:当偶尔性故障发生时，不破坏 PLC 内部的信息，一旦故障现象 消失，就可以恢复正常，继续原来的工作。 2.2.3.设置警戒时钟:如果程序循环扫描执行时间超过了规定的时间，预示了程序进入 死循环，立即报警。 2.2.4.加强对程序的检查和校验:一旦程序有错，立即报警，并停止执行程序。 2.2.5.对程序及动态数据进行后备:当停电时利用存储卡或后备电池，保持有关信息和 状态数据不丢失。 3.PLC 系统安装时的抗干扰措施 PLC各部分的组成和系统连接及装配方法必须严格按照说明书上安装要求进行，这一 点非常重要，是保证系统可靠运行的基本条件。 3.1.电源接线和地线接线要合理布置电源线，强电与弱电要严格分开，且弱电电源线要 尽量加。接地在消除干扰上起很大的作用。交流地是 PLC 控制系统供电所必需的，它通 过变压器中心点构成供电两条回路之一。这条会路上的电流、各种谐波电流等是个严重 的干扰元。因此交流地线、直流地线、模拟地和数字地等必须分开。数字地和模拟地的 共点地最好置悬浮方式。地线各点之间的电位差尽可能小，尽量加粗地线，有条件可采 用环形地线。为防止电流冲击，应使用截面积大于 2mm2 的专用接地线将 GR 端与大地相 接，接地电阻应小于 100Ω，接地长度小于20m。 在现场，除了要认真考虑设备内部的信号接地外，通常还要把设备的信号地、机箱与 大地连在一起，并以大地作