PLC系统接地的重要性及干扰的抑制
可编程序控制器即PLC在生产和实际中应用非常广泛。但是组成PLC系统的硬件多为电子电路器件,工作电压和电流的等级低,而生产现场大多是交流设备,工作电压和电流的等级高,且有很多电磁干扰源,因此必需保证PLC系统的可靠接地。
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。PLC的接地与机器的接地端相接,接地线的截面积应不小于2mm2 ,接地电阻小于100Ω;如果要用扩展单元,其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰,应给PLC接上专用地线,接地点应与动力设备如电动机的接地点分开;若达不到这种要求,也必须做到与其它设备公共接地,禁止与其它设备串连接地。接地点应尽可能靠近PLC。下面,笔者从一个PLC系统的故障实例出发,浅谈PLC系统正确接地的重要性。
1主要故障现象
系统组成如图一所示。正常启动,投入运行后,出现故障。故障现象为:系统突然死机,所有运行设备跳闸。重新启动系统后,系统正常工作。在监控控制机上可以看到某个PLC柜上有数据未能读上来。经检查发现其中的一只输入模块损坏。发现此模块为一交流220伏开关量集中输入模块。更换同型号模块后,数据传输恢复,系统正常。
2故障原因分析
造成模块损坏的可能原因是:有强干扰电流进入模块,并引起此柜的总线接口单元报致命故障,从而使主机停机。对此柜的现场接线检查发现,PLC控制柜内的柜体外壳的保护接地完好,但柜内系统接地线、底板和机架的接地线及屏蔽地线未接地。
3故障解决措施
重新接好该柜的系统接地、底板和机架的接地线及屏蔽地线,如图中虚线所示,在随后的运行中得到了确认。系统恢复正。
在实际运行中PLC系统常见的主要抗干扰措施有:
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。
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。
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。
PLC系统的接地包括以下几种。(1)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。(2)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。(3)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。
对于一个PLC系统必须要保证其控制柜的柜体外壳的保护接地和柜内系统接地、底板和机架的接地及屏蔽地的完整性。后三者的接地线可以采用截面4mm2 。
PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题,因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素,合理有效地抑制抗干扰,才能够使PLC控制系统正常工作。随着PLC应用领域的不断拓宽,如何高效可靠的使用PLC也成为其发展的重要因素。21世纪,PLC会有更大的发展,产品的品种会更丰富、规格更齐全,通过完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求,PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分,将在工业控制领域发挥越来越大的作用。
