PLC电源抗干扰措施有哪些?
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通过合理配置供电电源、正确选择接地点、接地方式和输人输出配线等措施,可有效提高PLC的抗干扰能力。
由于PLC本身抗干扰的能力很强,通常只要将PLC电源与系统动力设备分开配线,对于来自电源的干扰,具有足够强的抑制能力。如果遇到特殊情况,电源干扰特别严重时。可采用带屏蔽层的隔离变压器供电,甚至加接线路滤波器,以抑制从交直流电源侵人的常模和共模瞬变干扰,还可抑制PLC内部开关电源向外辐射的噪声。在有较强干扰源的环境中使用PLC,或对PLC工作可靠性要求特别高时。应将屏蔽层和PLC浮动地端子接地。
(1)信号地:是输入端信号元件——传感器的地。
(2)交流地:交流供电电源的N线,通常它是产生噪声的主要地方。
(3)屏蔽地:一般为防止静电、磁场感应而设置的外壳或金属丝网。通过专门的铜导线将其与地壳连接。
(4)保护地:一般将机器设备外壳或设备内独立器件的外壳接地。 为了抑制叠加在电源及输入、输出端的干扰。应对PLC系统进行良好的接地。PLC组成的控制系统常用一点接地。接地线截面积不小于2平方毫米。接地电阻不大于100Ω,接地线最好是专用地线。若达不到这种要求。也可采用公共接地方式。禁止采用与其他设备串联接地的方式。
(5)为防止交流电对低电平信号的干扰。在直流信号的导线上要加隔离屏蔽:不允许信号源与交流电共用一根地线;各个接地点通过接地铜片连接到一起。 屏蔽地、保护地不能与电源地、信号地和其他地扭在一起。只能各自独立的接到接地铜牌上。为减少信号的电容耦合噪声。可采用多种屏蔽措施。对于电场屏蔽的分布电容问题,通过将屏蔽地接人大地可解决。
(6)可采用高导磁材料作外罩。将外罩接人大地来屏蔽。
(7)引线分开PLC电源线、I/O电源线、输入信号线、输出信号线、交流线、直流线都应尽量分开布线。开关量信号线与模拟量信号线也应分开布线。 且后者应采用屏蔽线,并且将屏蔽层接地。数字传输线也要用屏蔽线。并且要将屏蔽层接地。由于双绞线中电流方向相反。大小相等。可将感应电流引起的噪声互相抵消。故信号线多采用双绞线或屏蔽线。
(8)输入、输出信号的防错当输入信号源为晶体管或是光电开关输出类型时,在关断时仍有较大的漏电流。而PLC的输入继电器灵敏度较高。如漏电流干扰超过一定值。就形成了误信号。同样。当输出元件为双向晶闸管或是晶体管输出。而外部负载又很小时。会因为这类输出元件在关断时有较大的漏电流。引起微小电流负载的误动,导致输入与输出信号的错误。在这类输入、输出端并联旁路电阻。以减小PLC输入电流和外部负载上的电流。还有一种方法。就是在PLC输入端加RC滤波环节。利用RC的延迟作用来抑制窜入脉冲所引起的干扰。在晶闸管输出的负载两端并联RC浪涌电流抑制器。减小漏电流的干扰。
一般采取以下措施来解决电源的干扰。
(1)电源的合理处理,抑制电网引入的干扰对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1:1的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰,还可以在电源输入端串接LC滤波电路。
(2)安装与布线
动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线,隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。将PLC的IO线和大功率线分开走线,如必须在同一线槽内,分开捆扎交流线、直流线,若条件允许,分槽走线最好,这不仅能使其有尽可能大的空间距离,并能将干扰降到最低限度。
PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备,不能与高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线(二者之间距离应大于200mm)。与PLC装在同一个柜子内的电感性负载,如功率较大的继电器、接触器的线圈,应并联RC消弧电路。
PLC的输入与输出最好分开走线,开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线,屏蔽层应一端或两端接地,接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。
交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆,输出线应尽量远离高压线和动力线,避免并行。
(3)正确选择接地点,完善接地系统良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件,可以避免偶然发生的电压冲击危害。
1.动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线,隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。将PLC的IO线和大功率线分开走线,如必须在同一线槽内,分开捆扎交流线、直流线,若条件允许,分槽走线最好,这不仅能使其有尽可能大的空间距离,并能将干扰降到最低限度。
2.PLC的输入与输出最好分开走线,开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线,屏蔽层应一端或两端接地,接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。● 交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆,输出线应尽量远离高压线和动力线,避免并行。(3)I/O端的接线输入接线● 输入接线一般不要太长。但如果环境干扰较小,电压降不大时,输入接线可适当长些。
3.输入/输出线不能用同一根电缆,输入/输出线要分开。● 尽可能采用常开触点形式连接到输入端,使编制的梯形图与继电器原理图一致,便于阅读。输出连接● 输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中,可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。● 由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上,并且连接至端子板,若将连接输出元件的负载短路,将烧毁印制电路板。● 采用继电器输出时,所承受的电感性负载的大小,会影响到继电器的使用寿命,因此,使用电感性负载时应合理选择,或加隔离继电器。● PLC的输出负载可能产生干扰,因此要采取措施加以控制,如直流输出的续流管保护,交流输出的阻容吸收电路,晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。
4正确选择接地点,完善接地系统良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件,可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个,其一为了安全,其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均,不同接地点间存在地电位差,引起地环路电流,影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地,如果电缆屏蔽层两端A、B都接地,就存在地电位差,有电流流过屏蔽层,当发生异常状态如雷击时,地线电流将更大。此外,屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内又会出现感应电流,通过屏蔽层与芯线之间的耦合,干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱,所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布,影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低,逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮,造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降,引起对信号测控的严重失真和误动作。● 安全地或电源接地将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。如电源漏电或柜体带电,可从安全接地导入地下,不会对人造成伤害。 ● 系统接地PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地,叫系统接地。接地电阻值不得大于4Ω,一般需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起,作为控制系统地。● 信号与屏蔽接地一般要求信号线必须要有唯一的参考地,屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合,也要在就地或者控制室唯一接地,防止形成“地环路”。信号源接地时,屏蔽层应在信号侧接地;不接地时,应在PLC侧接地;信号线中间有接头时,屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理,一定要避免多点接地;多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时,各屏蔽层应相互连接好,并经绝缘处理,选择适当的接地处单点接点。
5对变频器干扰的抑制变频器的干扰处理一般有下面几种方式:加隔离变压器,主要是针对来自电源的传导干扰,可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。使用滤波器,滤波器具有较强的抗干扰能力,还具有防止将设备本身的干扰传导给电源,有些还兼有尖峰电压吸收功能。使用输出电抗器,在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射,影响其它设备正常工作。
大容量电器设备在起动和通电时引起电压降低; 大功率整流设备、 开关模式电源产生大量谐波;大功率电焊机等引起电源电压的剧烈波动. 这些干 扰设备产生的电压扰动通过电源线路的阻抗耦合将干扰 PLC 控制系统的正常工作,为此采用了如下的
抗干扰措施.
a. 滤波和隔离. 针对可靠性要求比较高且干扰较强的场合,在 PLC 交流电源的进线端接入带屏蔽层的隔离变压器和多级滤波器(以往只采用低频滤波器)。
b. 分离配电系统. 将PLC、输入/输出(I/O)、其他设备的电源线分别配线。由各自的隔离变压器供电,并与主回路电源分开,隔离变压器与PLC和与I/O电源之间应采用双绞线连接. 同时,系统的动力线应足够粗,以降低大容量电器设备起动时的线路压降.
c. 使用 UPS 供电. 由于该车间的用电设备多为二级负荷,根据负荷等级要求不能中断供电. 因此采用在线式不间断供电电源(UPS),保证电网断电后不中断对 PLC 控制系统的供电,提高供电的可靠性.
记得那时99年的时候,当时使用的ABB的变频器和Siemens的PLC。
在变频器没有启动之前,PLC采集的数据一切稳定正常。但只要变频器一起动,尤其是启动加速那段时间,模拟量采集信号跳变,信号非常紊乱。初步分析,是PLC模拟量采集信号受到变频器的干扰。我是按照下面的方式处理的。
1、将所有模拟量信号的屏蔽层重新处理再接好,无效果(我把屏蔽层不接地,呵呵,情况反而好些);
2、在变频器的输入端增加磁环,效果同样不明显;
3、在PLC的电源输入端增加隔离变压器,效果有明显改善,但仍然偶尔跳变;
4、将所有模拟量信号线重新穿镀锌管,并且将镀锌管接地;
5、在变频器输入端增加输入电抗器和滤波器。
在增加完4和5之后,信号就很稳定啦,不过那也是需要银子。当然,如果从现在的角度来看,还是设计上要做准备。
比如把PLC与变频器分开在不同的柜体内。
(1)电源干扰信号来源
PLC 一般使用220V 交流电源供电,也有些PLC 控制系统使用220V 直流电源供电,可明显减少来自交流电电源干扰,在交
流干扰消失时,也能保证PLC 正常工作。
PLC 控制系统中,电源回路是电磁干扰最容易进入的通道,需采用比其他回路更多的抗电磁干扰措施。电网干扰窜入PLC 控制系统主要通过供电线路的阻抗耦合产生,经过PLC 供电电源、变送器供电电源和与PLC 系统有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入。
另外,各种大功率用电设备所产生的交流磁场也是主要干扰源,尤其电网内部的变化、开关操作产生的涌浪、大型电力设备的启停、交直流传动装置引起的谐波等会对同一个电网的PLC 供电电源造成严重的干扰
(2)电源抗干扰方法
为了抑制电网电压波动及工频干扰,目前一般采用隔离变压器和交流稳压器,并进行滤波,所有屏蔽层均要求良好接地。对PLC 控制系统危害最严重的是电网尖峰脉冲干扰,其幅度大,可达数百伏甚至上千伏,会破坏PLC 控制系统的电源模块,且尖峰脉冲的频谱宽,也会窜入PLC 控制系统的其他单元而造成干扰。下面主要探讨抑制尖峰脉冲干扰的几种方法。
2.1 滤波法
当供电电源高频电磁干扰比较严重时,可在隔离变压器前加滤波器消除电源的大部分高频电磁干扰噪声。单相交流电源噪声滤波器的结构如图1,其中主要使用的元件是共模电感L1、L2 (L1 和L2 同向卷绕相同匝数),差模电感L3、L4,共模电CY1、CY2 和差模电容C X。将此滤波网络放在电源输入处,则L1 和CY1 及L2 和CY2 分别构成交流进线上两对独立端口之间的低通滤 波器,可衰减交流进线上的共模干扰噪声,防止其进入电源设备。L1、L2 线圈接入电路后产生的磁通可相互抵消。L3、L4 与CX 构成交流进线独立端口间的低通滤波器,可抑制差模干扰信号,防止电源设备受到干扰。
2.2 隔离法
防止噪声干扰最简单且有效的方法是使用隔离变压器加以隔离。这是由于电源变压器初、次级之间存在分布电容,进入电
源变压器的高频干扰能通过分布电容耦合到二次测,为了抑制噪声,必须在绕组间加屏蔽层,采用隔离变压器可有效地抑制窜 入交流电源中的噪声干扰,提高设备EMC (电磁兼容性)能力。
2.3 吸收法
对电源涌浪电压的干扰可采用压敏电阻、固体放电管或瞬间电压抑制二极管来吸收。压敏电阻或固体放电管可应用于直流和交流电路;单向瞬态电压抑制二极管应用于直流电路;双向瞬态电压抑制二极管应用于交流电路。图2是瞬间干扰抑制(TVS)用于普通电源进线的原理图。采用双向TVS 管,它对电网的尖峰脉冲电压和雷电叠加电压等干扰(超过其额定电压值
UC)都能有效地吸收。
3.4 回避法
回避法就是采用专线供电方法,以避免其他设备启停对PLC 的干扰。对大型动力设备集中且干扰很大的现场,应使用独立的供电回路为PLC 控制系统供电。其电源应直接取自配电变压器的二次测,以减少同一电网中其他用电设备对PLC 控制系统供电电源的干扰。
1、电源的合理处理,抑制电网引入的干扰对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1:1的隔离变压器,以减 少设备与地之间的干扰,还可以在电源输入端串接LC滤波电路。
2、安装与布线
动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线,隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。将PLC的IO线和大功率线分开走线,如必须在同一线槽内,分开捆扎交流线、直流线,若条件允许,分槽走线最好,这不仅能使其有尽可能大的空间距离,并能将干扰降到最低限度。
PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备,不能与高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线(二者之间距离应大于200mm)。与PLC装在同一个柜子内的电感性负载,如功率较大的继电器、接触器的线圈,应并联RC消弧电路。
PLC的输入与输出最好分开走线,开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线,屏蔽层应一端或两端接地,接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。
交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆,输出线应尽量远离高压线和动力线,避免并行。
3、I/O端的接线输入接线
输入接线一般不要太长。但如果环境干扰较小,电压降不大时,输入接线可适当长些。
输入/输出线不能用同一根电缆,输入/输出线要分开。
尽可能采用常开触点形式连接到输入端,使编制的梯形图与继电器原理图一致,便于阅读。
输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中,可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上,并且连接至端子板,若将连接输出元件的负载短路,将烧毁印制电路板。
采用继电器输出时,所承受的电感性负载的大小,会影响到继电器的使用寿命,因此,使用电感性负载时应合理选择,或加隔离继电器。
PLC的输出负载可能产生干扰,因此要采取措施加以控制,如直流输出的续流管保护,交流输出的阻容吸收电路,晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。
4、正确选择接地点,完善接地系统良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件,可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个,其一为了安全,其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均,不同接地点间存在地电位差,引起地环路电流,影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地,如果电缆屏蔽层两端A、B都接地,就存在地电位差,有电流流过屏蔽层,当发生异常状态如雷击时,地线电流将更大。此外,屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内又会出现感应电流,通过屏蔽层与芯线之间的耦合,干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱,所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布,影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低,逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮,造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降,引起对信号测控的严重失真和误动作。
安全地或电源接地将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。如电源漏电或柜体带电,可从安全接地导入地下,不会对人造成伤害。
系统接地PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地,叫系统接地。接地电阻值不得大于4Ω,一般需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起,作为控制系统地。
信号与屏蔽接地一般要求信号线必须要有唯一的参考地,屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合,也要在就地或者控制室唯一接地,防止形成“地环路”。信号源接地时,屏蔽层应在信号侧接地;不接地时,应在PLC侧接地;信号线中间有接头时,屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理,一定要避免多点接地;多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时,各屏蔽层应相互连接好,并经绝缘处理,选择适当的接地处单点接点。
5、对变频器干扰的抑制变频器的干扰处理一般有下面几种方式:加隔离变压器,主要是针对来自电源的传导干扰,可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。使用滤波器,滤波器具有较强的抗干扰能力,还具有防止将设备本身的干扰传导给电源,有些还兼有尖峰电压吸收功能。使用输出电抗器,在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射,影响其它设备正常工作。
现在的PLC电源大都设计了宽电压波动范围以此来适应外网电压的波动能力,有的达到了120—230V之间的适用范围,而且内部也有各种滤波电路可以消除电网的谐波干扰,因此对于大多数情况下都能够输出一个稳定的电源供PLC安全用电。
工业应用中为了进一步确保PLC供电系统的安全,使用了多种手段来消除各种干扰对电源的影响,其主要是电源模块供电的稳压措施,PLC供电模块所带负载的配置,电源模块自身的运行保证。
电源模块供电的选择,为了防止外网造成电源模块供电电压的大幅度波动,其供电电源引取都尽量避开大电流用电设备比如各种大型电机、变频器、配电柜及频繁启动的电器设备,最好使用单独的配电柜或者用电负荷较平稳的配电柜中引出。如果条件允许最好使用UPS稳压电源来对电源模块供电,如果没有UPS则可以使用稳压隔离变压器以此来减少配电柜中各种用电设备对供电的冲击。
供电负载的配置,虽然现在的PLC模块负载能力大增,PLC模块也都具有配电输出功能,但为了保证PLC系统供电安全性,特别是现场有大功率的继电器、电磁阀、现场仪表或者启动频繁的用电仪表会对模块的供电产生冲击,因此现场仪表的配电最好单独选用稳压电源,其电源模块只单独对PLC系统供电,在对PLC系统配电中其电源分配最好做到均匀布线,以此来减少电源模块输出的不平衡。
电源模块自身运行的抗干扰措施,电源模块是一个电子器件和其它电子产品一样受外界干扰严重,各种电磁干扰、噪声和震动都会对其内部器件产生影响,因此要最大限度的把干扰源屏蔽掉,对于电磁干扰最好的方法就是远离干扰源这就要求PLC控制柜要远离各种配电柜及各种大功率用电设备,PLC控制柜要做好屏蔽和接地措施,PLC控制柜安装底座要结实接地要良好。此外影响电源模块稳定运行的另一个因素是环境温度,每个电源模块都有一个温度使用范围,怎样降低控制柜内的环境温度,使电子器件工作在最佳状态是保证用电安全的重要环节,此外还要保证电源模块带负载能力不能超限,使其内部器件工作在最佳状态,也是保证PLC用电安全的重要措施。