良好的接地可抑制内部噪声耦合,防止外部干扰侵入,是PLC控制系统抗干扰的有效手段之一。
(1)“一点接地”可以有效地避开地环路电流的干扰。
如图3所示,以屏蔽线的接地为例加以分析。其中ES为信号源,RS为信号源内阻,RL为负载电阻。
图3 屏蔽线的接地方法
单端接地时,假设信号电流i1从芯线流入屏蔽线,流过负载电阻RL之后,再通过屏蔽层返回信号源。因i1与i2大小相等方向相反,故产生的磁场干扰相互抵消,抑制磁场干扰同时抵制磁场耦合干扰。两端接地时,由于屏蔽层上流过的电流是i2与地环电流iG的叠加,抑制磁场耦合干扰的能力也比单端接地差。
(2)并联接地可有效地克服公共地线阻抗的耦合干扰。
并联接地中各个电路的地电位只与其自身的地线阻抗和地电流有关,互相之间不会造成耦合干扰。
(3)正确处理不同信号的接地。
当PLC、DCS、仪表等设备需要建立统一的基准电位时,应进行信号回路接地;当PLC、DCS等控制系统与模拟仪表联用时,应对模拟系统与数字系统两者提供一个公共的信号回路接地点。如果系统直流地悬浮运行,那么它的模拟地、数字地仍然要用低阻抗导线短接,不接大地,用户最简单的应用就是浮地运行。
5 软件抗干扰
硬件抗干扰措施是尽可能阻止干扰进入控制系统,但在很难将各种干扰完全拒之门外,这时,可以采用软件与硬件相结合的抗干扰措施来提高系统的抗干扰能力。
①用内部计时器对运动状态进行监控。如,PLC控制某运动部件动作时,在发出该部件动作指令的同时启动一计时器,该计时器的设定值,为运动部件执行该动作所需的最大可能时间;若运动部件在规定时间内完成了此动作,反馈一个信号,使计时器清零,则说明监控对象工作正常;否则,说明工作不正常,应停止控制。对按钮或行程开关的输入信号,可通过内部计时器延时,消除因脉冲干扰或因抖动而产生的误动作信号。
②用软件数字滤波可提高输入信号的信噪比。在信号的采集过程中,可采用软件数字滤波方法减少随机干扰而可能使被测信号的随机误差。常用方法是平均值算法。对有大幅度随机干扰的系统,采用防脉冲干扰平均滤波法;对流量、液面等频繁波动的参数,用算术平均滤波法。
6 结束语
工业现场环境恶劣,PLC在工业应用中的抗干扰设计是一个复杂的系统工程,应综合考虑各方面的因素,合理有效地抑制干扰,使PIE控制系统可靠工作。
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