[精品]提高PLC系统抗干扰和接地系统可靠性探讨

提高PLC系统抗干扰和接地系统可靠性探讨【工控老鬼转载】 来源中国仪表网 摘要 PLC控制系统的抗干扰能力是关系到整个控制系统安全运行的关键因素之一，而接地系 统是PLC安装和应用过程中的重要环节。针对PLC控制系统中存在的干扰问题，重点探讨 了系统接地类型、方式及接地装置。实际结果表明，采取良好的接地措施，对提高PLC控 制系统的抗干扰能力。 引言 随着国民经济的快速增长，国家智能电网计划建设更多高参数、大容量的燃煤火电机组, 以满足不断增长的电能需求。高参数、大容量燃煤火电机组的辅助PLC控制系统的控制结 构和控制范围发生了巨大的变化，因此，对控制系统的可靠性要求更为严格。 PLC系统的抗干扰能力已越来越受到人们的重视。合理、可靠的系统接地是提高控制 系统抗干扰能力的重要保证。为了保证PLC控制系统的监测控制精度和安全、可靠运行， 必须从设计、设备的选型和安装、调试、生产维护各个环节对PLC控制系统的接地进行控 制。本文就多个PLC控制系统现场实际应用的情况，探讨了如何通过完善PLC控制系统的 接地来提高系统的抗干扰能力，从而实现系统的安全运行。 一、干扰的产生 PLC控制系统应用现场的干扰源种类繁多，尤其是大型电厂更为复杂。干扰的来源主 要包括以下几个部分。 ① PLC控制系统内部 PLC控制系统内部干扰源主要有元器件的固有噪声、电源系统等。 ② PLC控制系统外部 PLC控制系统外部干扰源主要有闪电、雷击、电气设备的电磁场、电火花等。 ③ PLC控制系统和周围其他系统的电位差等 在PLC控制系统和周围其他系统的电位差等干扰中，有些干扰源有规律可循，可以通 过一定的手段检测并加以控制；有些干扰源则随机出现，难以捕捉。但各种干扰源都是通过 一定的途径对控制系统产生影响的，这些干扰途径主要是以“路”或“场”的形式出现。 1.1“路”的干扰 “路”的干扰是指干扰通过电路（主要是控制系统的过程通道或电源系统）进入PLC控制 系统。A/D、D/A转换设备和各种输入装置都有可能成为各种干扰的通路。另外，过程通道 和PC计算机之间的公共地线也会成为干扰通路。 “路”的干扰分为串模干扰和共模干扰。 串模干扰是指干扰信号叠加在输入信号上的一种干扰方式。这种干扰信号的特点是它与 输入信号串联，存在于同一个回路中，并且全部施加在接收被测信号设备的输入端。干扰信 号可能是信号源内部产生的，如图1a所示；也可能是由导线感应进来的，如图1b所示。 图1串模干扰示意图 共模干扰的形成原因主要是由于PLC控制系统的检测设备和受控设备分散在现场的各 个位置，检测信号和控制信号必须通过很长的导线经程序通道与PLC控制系统连通，这样, 在现场侧设备信号端的地线与PLC控制系统主机的地线之间就存在一定的电位差。由于这 种干扰同时作用在信号的两个输入端上，因此，称之为共模干扰，其示意图如图2所示。 图2共模干扰示意图 1.2“场”的干扰 “场”的干扰主要是存在于空间的各种电磁场使得处于这些“场”内的导体因电磁感应而 产生电势和电荷的移动，从而形成干扰。“场”的干扰主要有导线之间的电场、电感藕合，还 有大功率的高频用电设备、雷达、电台等形成的电磁场的辐射等。 二、系统接地 干扰主要是干扰源通过干扰途径作用于被干扰对象形成的。因此，为了抑制或消除干扰, 就要从消除或抑制干扰源、切断干扰作用的途径、削弱干扰接受对象对干扰信号的敏感性等 方面着手，并采取适当的措施。由于干扰的产生是很复杂的，必须根据实际情况加以综合分 析和考虑。良好的系统接地是提高PLC控制系统抗干扰能力的主要手段之一。 当接入PLC控制系统的信号、供电电源或PLC控制系统设备本身出现问题时，有效的 接地系统能将过载电流导入大地，为PLC提供安全保护屏障，消除电子噪声干扰，并为整 个控制系统提供公共信号参考点（即参考零电位）。 2.1PLC控制系统接地的分类 在一般情况下，PLC控制系统需要提供保护和工作两种接地方式。工作接地又可分为 逻辑接地和屏蔽接地等。对于有防爆安全要求的现场，如果装有本安防爆设备，则需要设置 本安接地。 ① 保护接地 是为了防止设备外壳的静电荷积累，避免造成人身伤害而采取的保护措施。PLC控制 系统所有的操作员机柜、现场控制站机柜、打印机、端子柜等均应设置保护接地。保护接地 应接至现场电气专业接地网，接地电阻应小于4Q。 ② 逻辑接地逻辑接地也叫机器逻辑地、主机电源地，是PLC控制系统内部的逻辑电平 负端公共地，也是5V的电源输出地。 ③ 屏蔽接地 屏蔽接地也叫模拟地，它可以把现场信号传输时所受到的干扰屏蔽掉，以提高信号精度。 PLC控制系统中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽接地；且电缆屏蔽层必须一端接地，防止形成 闭合回路干扰。电缆屏蔽层通常是用铜丝网或镀铝屏蔽层制成并接入公共接地极的。恺装电 缆的金属恺不能作为屏蔽保护接地。 ④ 本安接地 本安接地应独立设置接地系统，接地电阻W4Q。本安接地的接地系统与现场电气地网或 其他仪表系统接地网的距离应大于5m。 2.2PLC控制系统的接地方式 PLC控制系统的接地方式可分为以下几种。 ① 串联式单点接地 串联式单点接地是指将多个低压电气设备的接地端子与设备就近处的同一根接地排相 连接，再用导线将接地排与现场的接地装置相连接。这种接地方式的优点在于节省人力、物 力；而缺点在于当公用的接地线出现断路时，如果接地系统中有一台设备漏电，就会引起其 他设备的外壳上均出现电压，对人员安全造成威胁。 ② 并联式单点接地 并联式单点接地是指从各台设备的接地端子处引出一根接地线，然后将这若干条线同时 接到接地装置上。这种接地方式的优点在于当接地系统中的其中一台设备接地线出现断路 时，不会造成其他设备外壳出现电压，可保障人身安全；而这种接地方式的缺点在于如果是 电子设备或其他对高频干扰高度敏感的电气设备，来自其他设备的高频干扰（如变频器、中 频炉等晶闸管变流器件）将会从共地点串入，造成设备工作不正常。 ③ 多分支单点接地 多分支单点接地是指将每个设备的接地端了单独与接地装置相连接。多分支单点接地与 并联式单点接地的区别在于设备具有单独的接地体且相邻设备在电气接地回路上的距离是 比较远的（如超过50m）,这就有效地避免了设备之间的电磁互干扰。 目前，使用的PLC控制系统多采用第二种接地方式。对于来自变频器等高频干扰，则 通过在PLC控制系统的电源前端加装一个单相电源滤波器等方法解决干扰问题。 三、PLC控制系统设备的接地装置 PLC控制系统通常包括PLC设备的I/O机柜、UPS柜、继电器柜、操作台、打印台、 服务器柜、仪表柜、手操盘台和安全栅柜等设备。在这些设备中，操作台、打印台、服务器 柜、继电器柜、UPS柜及配电柜均应设有保护接地螺钉，以提供所装设备的电源接地；PLC 设备的I/O机柜、仪表柜和手操盘台应同时设置屏蔽接地汇流排和保护接地螺钉，分别作为 信号接地和电源接地；对安全栅柜，除设置屏蔽接地汇流排和保护接地螺钉外，还应设置本 安接地汇流排。 根据有关技术规定要求，PC计算机或PLC系统信号电