西門子PLC模塊CPU224CN

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隨著相關技術的發(fā)展，PLC的功能也越來越強，使用越來越方便。但是，整機的可靠性高只是保證系統(tǒng)可靠工作的前提，在設計和安裝PLC系統(tǒng)的過程中還要采取相應的措施，才能保證系統(tǒng)可靠工作。如果PLC的工作環(huán)境過于惡劣，如溫度過高、濕度過大、振動和沖擊過強，以及電磁干擾嚴重或安裝使用不當?shù)龋紩苯佑绊慞LC的正常、安全和可靠運行。如果外圍電路的抗干擾措施不當，整個控制系統(tǒng)的可靠性就大大降低。因此，在系統(tǒng)設計時應予以充分的考慮，在硬件上進行適當?shù)呐渲茫⑤o以相應的軟件，以實現(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)的安全生產和經(jīng)濟運行，系統(tǒng)的抗干擾能力是整個系統(tǒng)可靠運行的關鍵。因此，分析研究PLC應用中的可靠性和抗干擾技術是十分必要的。要提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性，既要在硬件上采取措施，又要在軟件上設計相應的保護程序。

　　1.PLC控制系統(tǒng)中的干擾源

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

　　（1）來自電氣控制柜設備內部的干擾

　　①來自PLC系統(tǒng)內部的干擾，主要由PLC系統(tǒng)內部元器件及電路間的電磁輻射產生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，數(shù)字地、模擬地和系統(tǒng)地處理不當而相互影響，以及元器件間的相互不匹配使用等。這屬于PLC制造商對系統(tǒng)內部進行電磁兼容設計的內容，作為使用者是無法改變的。

　　②電氣控制柜中使用諸如大功率變頻器和交流接觸器等容易產生干擾的器件。此類干擾有電路參數(shù)和工作點選擇不當而引起的震蕩或波形畸變、快速上升的脈沖源以及在信號傳送時阻抗的不匹配、器件的物理噪聲（如元件熱噪聲、觸點熱電勢等）。

　　③由于元器件布局不合理造成的內部信號相互串擾。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計和系統(tǒng)電氣設計不合理所產生的干擾。

　　（2）來自電氣控制柜外部的干擾

　　①來自電源的干擾。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、大容量變壓器等的影響，大型電力設備起停和交直流傳動裝置引起的諧波，各種電氣設備（電動機、空氣開關等）、電焊機及電力系統(tǒng)的短路故障等，都通過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來自信號線引入的干擾。與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號線除了傳送各類有效的信息之外，還會受到空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾。這類干擾信號會引起PLC的I/O信號工作異常。

　　③來自接地系統(tǒng)的干擾。由地線侵入的靜電耦合或電磁耦合可對系統(tǒng)產生干擾。在PLC控制系統(tǒng)中，由于各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，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成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內會出現(xiàn)感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其他接地處理混亂，所產生的地環(huán)流就可能在地線上產生不等電位分布，影響PLC內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，又能抑制設備向外發(fā)出干擾。錯誤的接地不僅會引入干擾信號，接地線本身還會成為天線向外輻射噪聲，干擾PLC控制系統(tǒng)的正常工作。

　　④按鈕、繼電器等工作時觸點間產生的電弧、靜電產生的火花放電、外界的高頻加熱器、高頻淬火設備、雜亂的無線電波信號等帶來的干擾等。

　　（3）其他干擾

　　①雷擊造成的過電壓和過電流。

　　②溫度變化引起的接觸電阻的變化。

　　③機械振動。

　　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)的供電質量變差，會引起PLC控制失靈。輸入/輸出線受干擾后，會出現(xiàn)輸入/輸出控制。空中干擾主要以電磁感應和靜電感應形式使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)的可靠性設計在系統(tǒng)設計中占有重要地位，在實際設計中，應根據(jù)應用系統(tǒng)的具體特點和應用環(huán)境的具體條件，靈活地選擇行之有效的可靠性設計技術和抗干擾措施，全面、合理地考慮系統(tǒng)的軟件和硬件設計，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)中的干擾是一個十分復雜的問題，因此在抗干擾設計中應綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制干擾，對有些干擾情況還需做具體分析。在實際開發(fā)過程中，應充分考慮到對PLC的各種不利因素，在硬件、軟件的設計和安裝中采取適當?shù)谋Ｗo措施，才能保證控制系統(tǒng)安全、可靠地運行。

　　要提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性，針對干擾產生的原因，必須從設計階段就采取相應的抑制措施，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。

　　工程設計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系統(tǒng)的干擾不是那么明顯，應綜合考慮各方面的因素，在實踐中不斷總結。在實際的工程設計中通常采用的主要抗干擾措施有：

　　（1）選擇抗干擾能力強的產品

　　在控制系統(tǒng)的設備選型階段，考慮到各廠家PLC抗干擾性能的優(yōu)劣，選型時就需選擇有較高抗干擾能力的產品，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、隔離性能好的PLC。其次還應了解生產廠家給出的抗干擾指標，如共模抑制比、差模抑制比、耐壓能力、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環(huán)境中工作等。另外的方法是考察該型號PLC在類似工作環(huán)境中的使用情況。

　　（2）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）的產品，以減少對PLC系統(tǒng)的干擾。

　　此外，PLC電源要與整個供電系統(tǒng)的動力電源分開，一般在進入PLC系統(tǒng)時加屏蔽隔離變壓器。屏蔽隔離變壓器的次級側至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，電源諧波比較嚴重時，可在隔離變壓器前面加濾波器來消除電源的大部分諧波。必要時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。濾波器應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通道和其他設備的供電采用各自的隔離變壓器分離開來，也有助于抗電網(wǎng)干擾。  　　（3）電纜的選擇和敷設