plc現場干擾問題淺析

　　一道

　　必須知道引起PLC現場干擾的源頭。所謂治病先治本，找出問題所在，才能提出解決問題的辦法。

　　二天

　　信號線、通訊線等線的品質及布線方法是工程中兩個關健要素，若選材不當、布線凌亂會出現各種各樣不可預測情況，使系統調試無法運行，解決問題相當困難，有時要換線，有時線路要重布，在施工現場重做這些困難重重。是為先天不足、后天困難。

　　三地

　　現場對信號線干擾，產生數值漂移、不穩定、亂動作、損耗等等現象均與接地有關。在系統工程中接地處理不好，直接影響到系統穩定性及可靠性。所以接地問題至關重要。

　　四將(設計)

　　自動化工程需要專業的知識，豐富的經驗。一個好的設計、好的施工，后面調試才能順利進行，而這些都需要專業的知識和經驗的累積。

　　五法(技術)

　　一個自動化系統工程包括儀表、現場、PLC、通訊及上位組態，各個部分都關系到系統的成功與否，缺一不可

　　壹、道--基本原理

　　現場引起干擾的原因很多，要解決干擾問題，須先找出引起干擾的原因，再針對問題進行解決。有些干擾可以事后想補求辦法，有些干擾事后解決就會非常麻煩。象布線一般在施工時就有要求，否則在現場重新布線存在很大的困難，有時候根本就不允許。

　　引起干擾的原因基本上是電流改變產生磁場，對設備產生電磁輻射;磁場改變產生電流，電磁高速產生電磁波。在現場有四種情況可以引起這樣的變化：

　　1、強電干擾：

　　儀表信號、PLC控制信號都為弱電，易受強電干擾。所以要求在柜外布線時(在電纜溝、電纜橋架、穿管等敷設方式)，將通訊線、信號線、控制線等弱電信號遠離強電，間距不得少于20CM。電纜溝多層時，要求弱電電纜敷設在強電電纜下方。

　　2、柜內干擾：

　　PLC不能和高壓電器安裝在同一個開關柜內，PLC的輸出采用中間繼電器實現對外部開關量信號的隔離。如果現場條件限制，輸入信號不能和強電電纜有效的隔離，可用小型繼電器來隔離輸入端的開關量信號。當然PLC來自控制柜內的輸入信號和距控制柜不遠的輸入信號一般沒有必要用繼電器隔離。

　　控制柜內的有很多信號線。如走線混亂，會引起設備誤動作，檢查起來卻相當麻煩。所以在控制柜設計時應考慮到這種情況，設備分層罷放，走線清晰。成套時，將PLC的IO線和大功率線分開走線，如必須在同一線槽內，分開捆扎交流線、直流線，如條件允許，分槽走線最好，并使其有盡可能大的空間距離，力求將干擾降到最低限度。

　　不同的信號線最好不用同一個插接件轉接，如必須用同一個插接件，要用備用端子或地線端子將它們分隔開，以減少相互干擾。

　　PLC不能和高壓電器安裝在同一個開關柜內，在柜內PLC應遠離動力線(二者之間距離應大于200mm)。與PLC裝在同一個柜子內的電感性負載，如繼電器、接觸器的線圈，應并聯RC消弧電路。

　　3、信號線的抗干擾

　　信號線承擔著檢測信號和控制信號的傳輸任務，傳輸質量直接影響到整個控制系統的準確性、穩定性和可靠性。對信號線的干擾主要是來自空間的電磁輻射，有差模干擾和共模干擾兩種。

　　差模干擾是指疊加在測量信號線上的干擾信號，這種干擾大多是頻率較高的交變信號，其來源一般是耦合干擾。抑制常態干擾的方法有：

　　在輸入回路接RC濾波器或雙T濾波器;盡量采用雙積分式A/D轉換器，由于這種積分器工作的特點，具有一定的消除高頻干擾的作用;

　　將電壓信號轉換成電流信號再傳輸。

　　共模干擾是指信號線上共有的干擾信號，一般是由被測信號的接地端與控制系統的接地端存在一定的電位差引起的，這種干擾在兩條信號線上的周期、幅值基本相等情況下，采用上面的方法無法消除或抑制。方法如下：

　　采用雙差分輸入的差動放大器，這種放大器具有很高的共模抑制比;

　　輸入線采用絞合線，絞合線能降低共模干擾，其感應互相抵消;

　　采用光電隔離的方法，可以消除共模干擾;

　　使用屏蔽線，并單邊接地;

　　為避免信號失真，對于較長距離傳輸的信號要注意阻抗匹配。

　　4、變頻器干擾

　　一是變頻器啟動及運行過程中產生諧波對電網產生傳導干擾，引起電網電壓畸變，影響電網的供電質量;二是變頻器的輸出會產生較強的電磁輻射干擾，影響周邊設備的正常工作。

　　變頻器的干擾處理比較麻煩，一般有下面幾種：

　　A、 加隔離變壓器。主要是針對來自電源的傳導干擾。可以將絕大部分的傳導干擾阻隔在隔離變壓器之前。同時還兼有電源電壓變換的作用。

　　B、使用濾波器

　　濾波器分有源和無源兩種，一般采用無源濾波即會有效果。這些濾波器具有較強的抗干擾能力，還具有防止將設備本身的干擾傳導給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。

　　C、輸出電抗器

　　在變頻器到電動機之間增加交流電抗器主要是減少變頻器輸出在能量傳輸過程中線路產生電磁輻射，影響其它設備正常工作。電抗器必須裝在距離變頻器最近的地方。如果使用鎧裝電纜作為變頻器與電動機的連線時，可不使用這種方法。但電纜的鎧要在變頻器端可靠接地，接地的鎧要原樣不動，不能鈕成繩或辨，不能用其它導線延長，變頻器側要接在變頻器的地線端子上，再將變頻器接地。

　　4.通訊干擾：最好用隔離通訊方式或用巨騰的串口轉光纖環模塊。

　　貳、線(先天良后天足)

　　1、線材必須對

　　開關量信號(如按鈕、限位開關、接近開關等提供的信號)一般對電纜無特殊要求，可選用一般的電纜，信號傳輸距離遠時，可選用屏蔽電纜。

　　模擬信號和高速信號線(如脈沖傳感器、計數碼盤等提供的信號)應選擇屏蔽電纜。

　　通訊電纜要求可靠性高，有的通信電纜的信號頻率很高，一般應選擇PLC生產廠家提供的專用電纜，在要求不高或信號頻率較低時，也可以選用帶屏蔽的雙絞線電纜，但品質要好。

　　2、管路布線須正確

　　將通訊線、信號線、控制線等弱電信號遠離強電，間距不得少于20CM。電源電壓220V以上、電流10A以上的電源電纜與信號電纜之間的距離應該大于60CM。

　　隔離強電或遠離高頻干擾源(如大功率可控硅裝置、變頻器、高頻焊機和大型動力線)。

　　在現場按如上處理后如仍無法解決干擾，在管線上套用用金屬管或金屬網。

　　叁、地

　　1、安全地或電源接地;

　　將電源線接地端和柜體連線接地為安全接地。如電源漏電或柜體帶電，可從安全接地導入地下，不會對人造成傷害。

　　2、系統接地或主地

　　如圖所示，PLC控制器為了與所控的各個設備同電位而接地，叫系統接地。接地電阻值不得大于4Ω。

　　如圖所示，一般需將PLC設備系統地和控制柜內開關電源負端接在一起，為控制系統地。ANCO公司的OPEN_PLC系統地為電源模塊上GND端。

　　上圖為控制柜和信號線的接地示意圖。一般要求信號線必須要有唯一的參考地，屏蔽電纜遇到有可能產生傳導干擾的場合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地環路”。

　　3、信號與屏蔽接地

　　1) 信號線接地

　　開關量信號不需要接地。模塊量信號要做接地處理。如下所圖，對各種線制的接地都有說明。

　　a, 2線制傳送器信號，采用電源接地

　　b, 3線式傳送器最好加隔離或采用隔離輸入模塊

　　c, 4線式傳送器最好在傳送端接地。若非要在接收端接地，切記傳送端要懸空。

　　2)屏蔽地接地只能單點接地(若高頻則兩端接地，一般模擬信號傳輸以防干擾為主，不宜兩端接地)

　　3)通訊接地

　　如果485通訊為非隔離，每一個節點的電源(5V，GND)的GND必須接地。485通訊采用隔離，如下圖所示;單點接地通訊全更穩定。 通訊線使用屏蔽雙絞線，所以對屏蔽線要進行接地-單點接地通訊線使用屏蔽雙絞線，所以對屏蔽線要進行接地-單點接地現場情況錯蹤復雜，會對信號線產生各種干擾，如何用簡單的測試設備來判斷是否存在干擾?步驟如下：

　　1) 用萬用表AC檔檢測接收端 ㊉

　　㊀，如受干擾會產生交流信號。如果這個信號不大，則對信號采集影響很小，幾乎沒有。如果這個交流信號大，則會影響數值，需想辦法解決。

　　2) 看㊀端是否接地?如接地是否存在懸空或接地不良情況。用萬用表測㊀端和地(可以是系統地，也可以是信號地)之間的電壓差。

　　3) 若存在交流電壓，則表示存在干擾;

　　4) 若沒有交流電壓，有直流電壓差。這個電壓差大，影響系統;差值小，則影響小，可忽略不計。

　　5) 再看屏蔽層是否接地，是單點接地還是雙點接地?一般為單點接地。

　　4.2、接地線是否存在干擾?

　　1) 將信號線折下，用萬用表相應檔測信號線，信號正常，則OK!

　　2) 確定負端是否接地，若是則OK!沒有接地最好在(傳感器端接地)。

　　3) 如情況還沒有解決，在接收端信號線上加隔離器。

　　對前面三地做一個總結，在一個工程中，接地處理注意下面幾個方面：

　　1、 機體接交流電源的Gnd并接地。

　　2、 柜內用到的直流電源，將直流電源的地端接到系統地。

　　3、傳送模擬信號的屏蔽線進行單點接地。若為了泄放高頻干擾，數字信號線的屏蔽層應并聯電位均衡線，其電阻應小于屏蔽層電阻的1/10，并將屏蔽層兩端接地。若干擾還是無法解決，加隔離器。

　　4、 通訊線全接地，否則改成全隔離或者轉成光纖通訊，不受任何干擾。

　　5、 屏蔽接地電極與變壓器零線等其它強電設備接地電極的距離大于15m。

　　6、 信號線必須要有唯一的參考地，屏蔽電纜遇到有可能產生傳導干擾的場合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地環路”。

　　肆、4P(四項專業)

　　4P含設計、現場施工、試車、現場測試四個部分。每一部分的工作都需要懂技術、有經驗的工程人員來完成;

　　1、設計

　　品質是設計出來的，在工程最初設計階段，工程師就考慮到所有可能發生的干擾現象。一般有下面幾個方面：

　　A、 接地系統的設計(參考三地處理原則)

　　B、 管線的設計，應選合適的信號線、通訊線，作保守的管路設計，尤其是通訊管路最好采用全程金屬管。

　　C、 電源設計，尤其是有變頻器應用的場合，需特別注意電源的隔離。

　　D、系統的通訊是系統最關健的部分，要做到100%的穩定可靠。

　　E、信號和模塊類型的匹配

　　開關量模塊、模擬量模塊和傳感器、通訊線等選型必須由經驗豐富的工程師來進行，比如模擬量模塊并不一定選用隔離模塊，但在什么情況下選用隔離模塊就須要有豐富工程經驗。一般如下：

　　 開關量采用無源接點輸入，不使用有源輸入;

　　 模擬量采用隔離方式

　　 通訊線進行隔離或最好采用光纖

　　 模擬量信號只能單邊接地。

　　2、現場施工

　　工程現場條件錯綜復雜，必須由相當施工經驗的工程師來進行現場施工指揮，

　　最大限度的減少各種干擾。進場前，需由工程設計人員對現場工程師進行相關事項的說明，包括各個注意事項，特殊施工要求等等。現場施工人員需進行相應的培訓。施工人員必須按圖施工，對線路要標示清楚，特別是接地線不可遺漏。有時一條線接錯導致整個系統有問題。

　　3、現場測試

　　測試講究方法，分步驟進行。出現問題后要善于分析，系統化、有條理的進行。分步驟進行測試，找出問題所在，再對問題進行相應處理。

　　4、試車

　　試車的工作需各個單位配合，事前需制訂詳細的計劃，現場統一指揮，分工合作以確保試車有效及安全。

　　在實際工作中，試車的計劃往往被忽略，如果事先沒有做好協調工作，場面會亂作一團。因此必須由經驗豐富人士進行各方面協調。

　　伍、五種技術

　　1、儀表技術

　　儀表的選型非常重要，若選型不對將無法使用，給后續工作帶來很大的不便。在使用前，需對儀表進行校準，以便測試準確。所以對儀表有兩個要求，選型正確，測量準確。

　　2、PLC設計

　　包括系統設計、柜體設計、施工圖設計、程序設計、接線設計等，在設計過程中需考慮到前面說到的一道、二天、三地。

　　3、現場技術

　　指接地、電源、管路布置、電纜敷設、施工安全等技術，正規施工會有一系列報導手則。比如說電纜，大到走線方式，小于壓接端子都有要求。

　　4、通訊技術

　　指系統通訊設計，通訊線選型及布線、施工、測試等。通訊一般根據工程需要選擇。

　　5、SCADA技術

　　指系統設計、上位機組態畫面、數據庫設計、打印報表設計等，為方便操作和管理自控系統進行人性化設計。

　　結合實際應用情況，舉相關案例來進行情況描述。

　　案例一：

　　某一電廠用了ANCO公司EIO_2000系列的EUI_08模塊采集信號，在同一通訊線上放了6個模塊，模塊通訊會中斷，重上電后能通訊上，但馬上又會斷開。

　　1、 從現場看，模塊24VDC供電從PS307接出，此電源性能穩定，排除電源引起干擾的情況。

　　2、EUI_08模塊大部分接PT100，K型、T型熱電偶信號，觀察控制柜內進線排，電纜統一采用了屏蔽雙絞線，且屏蔽端編辮接到接地排上，由現場接地網統一接地。現場干擾應能屏蔽。為確保起見，將模塊接線端子拔除，觀察模塊通訊狀況未變，排除干擾由信號端引起的可能。

　　3、將控制柜內線槽蓋板打開，發現模塊間通訊線采用二根單線，無接地，線槽布線較亂，有可能產生干擾。模塊連到控制器采用五類線，距離短，在槽內走線單一，分折認為這里干擾少。

　　從以上分折后發現問題可能出在模塊間通訊線上，解決辦法是將通訊線換成屏蔽雙絞線，屏蔽端接地。經實地更換后，通訊正常。

　　案例二

　　系統的模擬量模塊偶爾發生問題，所接信號為典型3線式傳送器

　　1、道：用電表測試電流均正常且無特別訊發生，判斷可能是接地問題。

　　2、管線：管線均按標準施工。

　　3、地：測量接地后發覺它中3線式傳送器且接地線淺接，再測量信號一端接地有幾十伏的AC交流電產生，所以判斷信號線路或電源受干擾，產生10V以上的雜訊而干擾模擬量模塊工作。

　　解決方法：傳感器端接地。

　　結束語：

　　PLC現場干擾的情況非常復雜，依照此兵法，大部分現場干擾的問題可以得到解決。