PLC由于具有功能强、程序设计简介,维护方便等优点,特别是高可靠性、较强的适应恶劣工业环境的能力,已被广泛应用于自来水行业。但由于现场环境条件恶劣、湿度高、以及各种工业电磁、辐射干扰等,会影响系统的正常工作,因此必须重视工程的抗干扰设计。
水厂应用中的PLC所受的干扰源主要有电源系统引入的干扰、接地系统引入的干扰和输入输出电路引入的干扰三类。如果PLC的干扰问题解决得不好,系统将无法可靠运行,将会影响到正常供水。因此,有必要对PLC应用系统中的干扰问题进行探讨。主要本文分别讨论PLC的三种抗干扰技术。
2 抗干扰的技术对策分析
为防止干扰,可采用硬件和软件的抗干扰措施,其中,硬件抗干扰是最基本和最重要的抗干扰措施,一般从抗和防两方面入手来抑制和消除干扰源,切断干扰对系统的耦合通道,降低系统对干扰信号的敏感性。
2.1 电源系统引入的干扰
电网的干扰,频率的波动,将直接影响到PLC系统的可靠性与稳定性。如何抑制电源系统的干扰是提高PLC的抗干扰性能的主要环节。
(1) 加装滤波、隔离、屏蔽、开关稳压电源系统。
设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从电源线传导到系统中,使用隔离变压器,必须注意:屏蔽层要良好接地;次级连接线要使用双绕线(减少电线间的干扰),隔离变压器的初级绕组和次级绕组应分别加屏蔽层,初级的屏蔽层接交流电网的零线;次级的屏蔽层和初级间屏蔽层接直流端。
为了抑制电网大容量设备起停(如送水泵等)引起电网电压的波动,保持供电电压的稳压,可采用开头稳压电源。
(2) 分离供电系统
PLC的控制器与I/O系统分别由各自的隔离变压器供电,并与主电源分开,这样当输入输出供电断电时,不会影响到控制器的供电。如图1所示。
图1 分离供电系统图
2.2 抑制接地系统引入的干扰
PLC系统分为逻辑电路接地和功率电路接地,有共地、浮地及机壳共地和电路浮地等三种方式。一般采用控制器与其它设备分别接地方式最好,接地时注意:接地线尽量粗,一般大于2mm2的线接地;接地点应尽量靠近控制器,接地点与控制器之间的距离不大于50m;接地线应尽量避开强电回路和主回路的电线,不能避开时,应垂直相交,应尽量缩短平行走线的长度。
实践证明,接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段,良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合,防止外部干扰的侵入,提高系统的抗干扰能力。
2.3 抑制输入输出电路引入的干扰
为了实现输入输出电路上的完全隔离,近年来在控制系统中光电耦合得到广泛应用,已成为防止干扰的最有效措施之一。光电耦合器具有以下特点:首先,由于是密封在一个管壳内,不会受到外界光的干扰;其次,由于靠光传送信号,切断了各部件电路之间地线的联系;第三,发光二极管动态电阻非常小,而干扰源的内阻一般很大,能够传送到光电耦合器输入输出的干扰信号就变得很小;第四,光电耦合器的传输比和晶体管的放大倍数相比,一般很小,远不如晶体管对干扰信号那么灵敏,而光电耦合器的发光二极管只有在通过一定的电流时才能发光。因此,即使是在干扰电压幅值较高的情况下,由于没有足够的能量,仍不能使发光二极管发光,从而可以有效地抑制掉干扰信号。
由于光电耦合器的线性区一般只能在某一特定的范围内,因此,应保证被传信号的变化范围始终在线性区内。为了保证线性耦合,既要严格挑选光电耦合器,又要采取相应的非线性较正措施,否则将产生较大的误差。
(1) 光电耦合输入电路如图2所示。其中图2(a)、图2(b)用的较多,高电平时接成形式,低电平输入时接成形式。图2(c)为差动型接法,它具有两个约束条件,对于防止干扰有明显的优越性,适用于外部干扰严重的环境,当外部设备电流较大时,其传输距离可达100~200m,图2(d)考虑到COMS电路的输出驱动电流较小,不能直接带动发光二极管,所以加接一级晶体管作为功率放大,需要注意的是图中发光二极管和光敏三极管应分别由两个电源供电,电阻值视电压高低选取。
(2) 光电耦合输出电路如图3所示。为了得到和输入同相的信号,可以采用图3(a)形式。若要求输出和输入反相,可以接成图3(b)形式。当输出电路所驱动的元件较多时,可以加接一级晶体管作为驱动功率放大,其接法如图3(c)所示。有时为了获得更好的输出波形,输出信号可经施密特电路整形。
图2 光电耦合输入电路
图3 光电耦合输出电路
以上两点是对开关量输入输出信号的处理方法,而对模拟输入输出信号,为了消除工业现场瞬时干扰对它的影响,除加A/D、D/A转换电路和光电耦合外,可根据需要采取软件的数字滤波技术如中值法、一阶递推数字滤波法等算法。
SIEMENS HJD63F400 500AMP CIRCUIT BREAKER Q2-4
(G1-12) 1 HYDE PARK SM552A-100 SUPERPROX ULTRSONIC
(O4-3) 1 DREXELBROOK 402-3000 SENSOR W/ ENCLOSURE A
(N3-3) 1 LANTECH VA 550-011-01 POWER BOARD N3-3
(Q7-2) 1 RELAINCE 0-51865-2 PC BOARD LOOP Q7-2
(4850) Telemecanique Limit Switch XCK-J5954B21 240VAC 3
(7625) Furnas Reversing Contactor 44CE30AF 3P (7625)
(6183) Parker Valve DIVL1CN-70 5000 Psi . (6183)
(L20) 1 GE FANUC IC600BF923K HIGH DENSITY OUTPUT MODULE
(4392) Allen Bradley Communication Module 1203-GD2 (4
(H3-5) 1 A-11456-000-1-00R CPU CARD H3-5
(6832) Vickers Pressure Control Valve RCG-06-B4-30 500
(Q3-3) 1 GINSAN GS-64 CONTROL BOARD O3-3
(O2-1) 1 AFS K-253932 CP-120-02 SENSOR O2-1
(G1-8) 1 TRIANGLE 90WB8011AA INTERFACE CARD G1-8-9
(N1-3) 1 DYNALOGIX DY2000 CONTROLLER DOOR LOGIC N1-3
(M2) 1 ACTION INSTRUMENTS Q4880001 ISOLATOR M2
(G1-10) 1 ALLEN BRADLEY 802PR-LAAJ3 PROXIMITY SWITC
(1638) LOT OF 2 NAMCO ET 120-32420 PROXIMITY SWITCH M18
(6529) Photoswitch Photoelectric Registration Scanner 4
(8911) 1 SIEMENS FXD63B200 CIRCUIT BREAKER
(8178) Sato TDK Printhead LH4420SK GH000781A for M8485S
(8179) Sato TDK Printhead LH4437K GH000781A for M8485S,
(Q1-2) 1 KEYENCE LV-H42 LASER SWITCH HEAD Q1-2
(Q1-2) 1 GENERAL ELECTRIC 101X112 CONTACT KIT FOR V
(4666) Square D Interface Board 52011-8336-50 (4666)
(7123) Namco Solenoid & Coil SL-110/120/60-PUSH B-BASE-
(X7-4) 1 REXROTH R978875049 DIRECTIONAL CONTROL VAL
(Q5-3) 1 HITACHI 97-44135-9 DISPLAY BOARD Q5-3
(R2-2) 1 POLYSPEDE OC1-150-02 PC BOARD R2-2
(S1-1) 1 BAILEY NTAI-01 PC BOARD TERMINATION NET 90. S1
(S2-1) 1 GEMCO 2000-266B ROTARY LIMIT SWITCH S2-1
(8892) Allen Bradley Arithmatic Logic Board 7300-UPK3
(K6) 1 ACOPIAN VA5MT900 POWER SUPPLY (K6)
(L15) 1 FESTO VADMI-300-P SOLENOID VALVE
(8839) Allen Bradley PLC-2 Mini Processor 1772-LN3
(5824) Asco Valve 8315G054 24 VDC 3/8" 10.1 Watts 10-12
(8069) Netstal Relay Board MSC 110-240-6153 LED 6 Switc
(4533) Phoenix Contact Digital Input IBST 24 DI32/2 (4
Asco Valve 8316G054 3/8" 110/50 120/60 8.1 Watts (5687)
(5688) Asco Valve 8210G055 1 1/4" 16.1 Watts 110/120V (
(L26-3) 1 GOULD MODICON B558 OUTPUT MODULE L26-3
(M3) 1 HARNISCHFEGER 100E4896-1BRAKE CONTROL M3
(L7) 1 ABB XUSI03175 ROBOTICS BOARD L7
(L18) 1 MAGNETEK GPD205-10P7 DRIVE L18
(K5) 1 ATHENA 18JFTOB00000 TEMP CONTROL (K5)
(M6-2) 1 MEAD CSV-102 CONTROL UNIT M6-2
(6074) Namco Proximity Switch EE260-30420 (6074)
(5137) Square D Pneumatic Timing Relay 120 V Coil 9050-
1 SCHRADER BELLOWS L6653922153 VALVE (D7)
(7094) Kniel Power Supply 1.04.02.102 220V 50Hz + 10% /
(L15) 1 ALLEN BRADLEY 837-A2J TEMPERATURE CONTROL L15
(6631) Allen Bradley SLC500 Power Supply 1746-2 CLEAN R
(7755) Square D Circuit Breaker Undervoltage Trip LC111
(H13) 1 CINCINNATI ELECTROSYSTEMS 829-8-C H13
(Q5-4) 1 TRIONICS 040A12005002 ENCODER Q5-4
(4483) Cognex DVT-SL Monitor Adapter w/ Skorpion Ethern
(N1-2) 1 CINCINNATI MILACRON 3-531-3305A PC BOARD
(N1-2) 1 CINCINNATI MILACRON 4-531-2102A PC BOARD N1-2
(7648) Westinghouse Contact Kit 626B187G17 PARTIAL SEE
(O1-11) 1 WESTINGHOUSE HFB3100 CIRCUIT BREAKER O1-11
(Q4-2) 1 PARKER F2A14 CYLINDER VALVE Q4-2
(S1-5) 1 ELECTROMATIC FFD 1532 024 TRANSMITTER. S1-
(X7-5) 1 ASCO 8215A040 VALVE X7-5
(X5-19) 1 NIB EAGLE SIGNAL HP51A601 CYCLE-FLEX TIMER 0-
(X5-21) 1 DYNAMATIC 15-864-5 PC BOARD X5-21
(4158) WE Anderson Duotect Pressure Switch H3S1SL 1500P
(Q5-4) 1 TELEMECANIQUE GV3-M40 CIRCUIT BREAKER Q5-4
(B4) 1 OBERDORGER S20731CP GEAR PUMP B4
(4179) BTM Ram Latching Valve 13001 (4179)
(4723) Square D Circuit Breaker KAL36150 150A 3 P 600V
(2875) Schneider Automation Relay Card B814108 (2875)
(Q2-1) 1 CCS 646DZE1 PROXIMITY SWITCH Q2-1
(B3) 1 WATTS REGULATOR FLOW METER B3
(Q2-2) 1 CUTLER-HAMMER 10250H-5310 PUSHBUTTON STATI
(5408) Allen Bradley Control Relay 700-N400A1 110V 50Hz
(N3-1) 1 RICE LAKE RL9000TWM-2.5K LOAD CELL N3-1
(Q5-5) 1 METRIX 5533-110 MX-330980 PROXIMITY PROBE
(T2-2) 1 SIEMENS 6FX80022EQ101EA0 CORD T2-2
(R2-2) 1 POLYSPEDE PRD220 DC DRIVE R2-2.
(6612) TRW Dynalco Speed Switch 3 Relay DYNZ 60008-400-
(R2-1) 1 DYNAPAR MC2WSS TIMER. R2-1.
(6357) Parker Valve D3W11CNYC56 5000Psi 120/60 110/50 D
(6358) Nippon Gerotor Orbmark Motor ORB-H-200-2PM (635