西門子PLC模塊CPU224CN      西門子PLC模塊CPU224CN

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隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能也越來(lái)越強(qiáng)，使用越來(lái)越方便。但是，整機(jī)的可靠性高只是保證系統(tǒng)可靠工作的前提，在設(shè)計(jì)和安裝PLC系統(tǒng)的過(guò)程中還要采取相應(yīng)的措施，才能保證系統(tǒng)可靠工作。如果PLC的工作環(huán)境過(guò)于惡劣，如溫度過(guò)高、濕度過(guò)大、振動(dòng)和沖擊過(guò)強(qiáng)，以及電磁干擾嚴(yán)重或安裝使用不當(dāng)?shù)?，都?huì)直接影響PLC的正常、安全和可靠運(yùn)行。如果外圍電路的抗干擾措施不當(dāng)，整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性就大大降低。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以充分的考慮，在硬件上進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲?，并輔以相應(yīng)的軟件，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障的防范。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，系統(tǒng)的抗干擾能力是整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。因此，分析研究PLC應(yīng)用中的可靠性和抗干擾技術(shù)是十分必要的。要提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性，既要在硬件上采取措施，又要在軟件上設(shè)計(jì)相應(yīng)的保護(hù)程序。

　　1.PLC控制系統(tǒng)中的干擾源

　　PLC系統(tǒng)的干擾源根據(jù)其來(lái)源分為內(nèi)部干擾源和外部干擾源兩類，一般主要包括以下幾個(gè)方面。

　?。?）來(lái)自電氣控制柜設(shè)備內(nèi)部的干擾

　?、賮?lái)自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾，主要由PLC系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射及其對(duì)模擬電路的影響，數(shù)字地、模擬地和系統(tǒng)地處理不當(dāng)而相互影響，以及元器件間的相互不匹配使用等。這屬于PLC制造商對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)的內(nèi)容，作為使用者是無(wú)法改變的。

　?、陔姎饪刂乒裰惺褂弥T如大功率變頻器和交流接觸器等容易產(chǎn)生干擾的器件。此類干擾有電路參數(shù)和工作點(diǎn)選擇不當(dāng)而引起的震蕩或波形畸變、快速上升的脈沖源以及在信號(hào)傳送時(shí)阻抗的不匹配、器件的物理噪聲（如元件熱噪聲、觸點(diǎn)熱電勢(shì)等）。

　　③由于元器件布局不合理造成的內(nèi)部信號(hào)相互串?dāng)_。如線路中存在的電容性元件引起的寄生振蕩以及由于電路邏輯設(shè)計(jì)和系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)不合理所產(chǎn)生的干擾。

　　（2）來(lái)自電氣控制柜外部的干擾

　?、賮?lái)自電源的干擾。由于PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電，因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多，如高壓斷路器、隔離開關(guān)、大容量變壓器等的影響，大型電力設(shè)備起停和交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波，各種電氣設(shè)備（電動(dòng)機(jī)、空氣開關(guān)等）、電焊機(jī)及電力系統(tǒng)的短路故障等，都通過(guò)輸電線路傳到電源原邊。PLC電源通常采用隔離電源，但制造工藝等因素使其隔離性并不理想。由于分布電容的存在，隔離是不可能的。

　　②來(lái)自信號(hào)線引入的干擾。與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)線除了傳送各類有效的信息之外，還會(huì)受到空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾。這類干擾信號(hào)會(huì)引起PLC的I/O信號(hào)工作異常。

　?、蹃?lái)自接地系統(tǒng)的干擾。由地線侵入的靜電耦合或電磁耦合可對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。在PLC控制系統(tǒng)中，由于各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，形成共模噪聲，影響系統(tǒng)正常工作。此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場(chǎng)的作用下，屏蔽層內(nèi)會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過(guò)屏蔽層與芯線之間的耦合干擾信號(hào)回路。若系統(tǒng)地與其他接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。正確的接地既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾。錯(cuò)誤的接地不僅會(huì)引入干擾信號(hào)，接地線本身還會(huì)成為天線向外輻射噪聲，干擾PLC控制系統(tǒng)的正常工作。

　?、馨粹o、繼電器等工作時(shí)觸點(diǎn)間產(chǎn)生的電弧、靜電產(chǎn)生的火花放電、外界的高頻加熱器、高頻淬火設(shè)備、雜亂的無(wú)線電波信號(hào)等帶來(lái)的干擾等。

　　（3）其他干擾

　?、倮讚粼斐傻倪^(guò)電壓和過(guò)電流。

　?、跍囟茸兓鸬慕佑|電阻的變化。

　?、蹤C(jī)械振動(dòng)。

　　2.干擾途徑

　　PLC控制系統(tǒng)受到干擾的主要途徑有電源線、輸入/輸出線和空間傳播等。電源受干擾后，PLC控制系統(tǒng)的供電質(zhì)量變差，會(huì)引起PLC控制失靈。輸入/輸出線受干擾后，會(huì)出現(xiàn)輸入/輸出控制?？罩懈蓴_主要以電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)形式使PLC的CPU出現(xiàn)誤操作。

　　3.PLC控制系統(tǒng)中的抗干擾措施

　　PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占有重要地位，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的具體特點(diǎn)和應(yīng)用環(huán)境的具體條件，靈活地選擇行之有效的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)和抗干擾措施，全面、合理地考慮系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì)，從總體上提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。

　　PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，因此在抗干擾設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制干擾，對(duì)有些干擾情況還需做具體分析。在實(shí)際開發(fā)過(guò)程中，應(yīng)充分考慮到對(duì)PLC的各種不利因素，在硬件、軟件的設(shè)計(jì)和安裝中采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，才能保證控制系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行。

　　要提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性，針對(duì)干擾產(chǎn)生的原因，必須從設(shè)計(jì)階段就采取相應(yīng)的抑制措施，常見的措施有提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力、抑制干擾源、切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑等，基本的抗干擾措施如表1所示。

　　工程設(shè)計(jì)人員僅僅了解抗干擾的原則，掌握抗干擾的基本措施還不夠，許多情況下干擾源對(duì)系統(tǒng)的干擾不是那么明顯，應(yīng)綜合考慮各方面的因素，在實(shí)踐中不斷總結(jié)。在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中通常采用的主要抗干擾措施有：

　?。?）選擇抗干擾能力強(qiáng)的產(chǎn)品

　　在控制系統(tǒng)的設(shè)備選型階段，考慮到各廠家PLC抗干擾性能的優(yōu)劣，選型時(shí)就需選擇有較高抗干擾能力的產(chǎn)品，其包括了電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC），尤其是抗外部干擾的能力，如采用浮地技術(shù)、隔離性能好的PLC。其次還應(yīng)了解生產(chǎn)廠家給出的抗干擾指標(biāo)，如共模抑制比、差模抑制比、耐壓能力、允許在多大電場(chǎng)強(qiáng)度和多高頻率的磁場(chǎng)強(qiáng)度環(huán)境中工作等。另外的方法是考察該型號(hào)PLC在類似工作環(huán)境中的使用情況。

　?。?）采用性能好的電源，抑制電網(wǎng)干擾

　　在PLC控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。電網(wǎng)干擾串入PLC控制系統(tǒng)主要通過(guò)PLC系統(tǒng)的供電電源（如CPU電源、I/O電源等）、變送器供電電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進(jìn)入。PLC系統(tǒng)的供電電源一般都采用隔離性能較好的電源，變送器的電源及與PLC有直接電氣連接的儀表的供電電源應(yīng)選擇分布電容小、抑制帶大（如采用多次隔離和屏蔽及漏感技術(shù)）的產(chǎn)品，以減少對(duì)PLC系統(tǒng)的干擾。

　　此外，PLC電源要與整個(gè)供電系統(tǒng)的動(dòng)力電源分開，一般在進(jìn)入PLC系統(tǒng)時(shí)加屏蔽隔離變壓器。屏蔽隔離變壓器的次級(jí)側(cè)至PLC系統(tǒng)間必須采用不小于2mm2的雙絞線。屏蔽體一般位于一、二次側(cè)兩線圈之間并與大地連接，這樣就可消除線圈間的直接耦合。另外，電源諧波比較嚴(yán)重時(shí)，可在隔離變壓器前面加濾波器來(lái)消除電源的大部分諧波。必要時(shí)可在供電的電源線路上接入低通濾波器，以濾去高頻干擾信號(hào)。濾波器應(yīng)放在隔離變壓器之前，即先濾波后隔離。分離供電系統(tǒng)，將控制器、I/O通道和其他設(shè)備的供電采用各自的隔離變壓器分離開來(lái)，也有助于抗電網(wǎng)干擾。  　?。?）電纜的選擇和敷設(shè)