西门子PLC模块CPU224CN

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随着相关技术的发展，PLC的功能也越来越强，使用越来越方便。但是，整机的可靠性高只是保证系统可靠工作的前提，在设计和安装PLC系统的过程中还要采取相应的措施，才能保证系统可靠工作。如果PLC的工作环境过于恶劣，如温度过高、湿度过大、振动和冲击过强，以及电磁干扰严重或安装使用不当等，都会直接影响PLC的正常、安全和可靠运行。如果外围电路的抗干扰措施不当，整个控制系统的可靠性就大大降低。因此，在系统设计时应予以充分的考虑，在硬件上进行适当的配置，并辅以相应的软件，以实现系统故障的防范。PLC控制系统的可靠性直接影响到企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是整个系统可靠运行的关键。因此，分析研究PLC应用中的可靠性和抗干扰技术是十分必要的。要提高PLC控制系统的可靠性，既要在硬件上采取措施，又要在软件上设计相应的保护程序。

　　1.PLC控制系统中的干扰源

　　PLC系统的干扰源根据其来源分为内部干扰源和外部干扰源两类，一般主要包括以下几个方面。

　　（1）来自电气控制柜设备内部的干扰

　　①来自PLC系统内部的干扰，主要由PLC系统内部元器件及电路间的电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，数字地、模拟地和系统地处理不当而相互影响，以及元器件间的相互不匹配使用等。这属于PLC制造商对系统内部进行电磁兼容设计的内容，作为使用者是无法改变的。

　　②电气控制柜中使用诸如大功率变频器和交流接触器等容易产生干扰的器件。此类干扰有电路参数和工作点选择不当而引起的震荡或波形畸变、快速上升的脉冲源以及在信号传送时阻抗的不匹配、器件的物理噪声（如元件热噪声、触点热电势等）。

　　③由于元器件布局不合理造成的内部信号相互串扰。如线路中存在的电容性元件引起的寄生振荡以及由于电路逻辑设计和系统电气设计不合理所产生的干扰。

　　（2）来自电气控制柜外部的干扰

　　①来自电源的干扰。由于PLC系统的正常供电电源均由电网供电，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，如高压断路器、隔离开关、大容量变压器等的影响，大型电力设备起停和交直流传动装置引起的谐波，各种电气设备（电动机、空气开关等）、电焊机及电力系统的短路故障等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但制造工艺等因素使其隔离性并不理想。由于分布电容的存在，隔离是不可能的。

　　②来自信号线引入的干扰。与PLC控制系统连接的各类信号线除了传送各类有效的信息之外，还会受到空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰。这类干扰信号会引起PLC的I/O信号工作异常。

　　③来自接地系统的干扰。由地线侵入的静电耦合或电磁耦合可对系统产生干扰。在PLC控制系统中，由于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，形成共模噪声，影响系统正常工作。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。若系统地与其他接地处理混乱，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。正确的接地既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰。错误的接地不仅会引入干扰信号，接地线本身还会成为天线向外辐射噪声，干扰PLC控制系统的正常工作。

　　④按钮、继电器等工作时触点间产生的电弧、静电产生的火花放电、外界的高频加热器、高频淬火设备、杂乱的无线电波信号等带来的干扰等。

　　（3）其他干扰

　　①雷击造成的过电压和过电流。

　　②温度变化引起的接触电阻的变化。

　　③机械振动。

　　2.干扰途径

　　PLC控制系统受到干扰的主要途径有电源线、输入/输出线和空间传播等。电源受干扰后，PLC控制系统的供电质量变差，会引起PLC控制失灵。输入/输出线受干扰后，会出现输入/输出控制。空中干扰主要以电磁感应和静电感应形式使PLC的CPU出现误操作。

　　3.PLC控制系统中的抗干扰措施

　　PLC控制系统的可靠性设计在系统设计中占有重要地位，在实际设计中，应根据应用系统的具体特点和应用环境的具体条件，灵活地选择行之有效的可靠性设计技术和抗干扰措施，全面、合理地考虑系统的软件和硬件设计，从总体上提高系统的抗干扰能力和可靠性。

　　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，合理有效地抑制干扰，对有些干扰情况还需做具体分析。在实际开发过程中，应充分考虑到对PLC的各种不利因素，在硬件、软件的设计和安装中采取适当的保护措施，才能保证控制系统安全、可靠地运行。

　　要提高PLC控制系统的可靠性，针对干扰产生的原因，必须从设计阶段就采取相应的抑制措施，常见的措施有提高装置和系统的抗干扰能力、抑制干扰源、切断或衰减电磁干扰的传播途径等，基本的抗干扰措施如表1所示。

　　工程设计人员仅仅了解抗干扰的原则，掌握抗干扰的基本措施还不够，许多情况下干扰源对系统的干扰不是那么明显，应综合考虑各方面的因素，在实践中不断总结。在实际的工程设计中通常采用的主要抗干扰措施有：

　　（1）选择抗干扰能力强的产品

　　在控制系统的设备选型阶段，考虑到各厂家PLC抗干扰性能的优劣，选型时就需选择有较高抗干扰能力的产品，其包括了电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC），尤其是抗外部干扰的能力，如采用浮地技术、隔离性能好的PLC。其次还应了解生产厂家给出的抗干扰指标，如共模抑制比、差模抑制比、耐压能力、允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作等。另外的方法是考察该型号PLC在类似工作环境中的使用情况。

　　（2）采用性能好的电源，抑制电网干扰

　　在PLC控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源（如CPU电源、I/O电源等）、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入。PLC系统的供电电源一般都采用隔离性能较好的电源，变送器的电源及与PLC有直接电气连接的仪表的供电电源应选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的产品，以减少对PLC系统的干扰。

　　此外，PLC电源要与整个供电系统的动力电源分开，一般在进入PLC系统时加屏蔽隔离变压器。屏蔽隔离变压器的次级侧至PLC系统间必须采用不小于2mm2的双绞线。屏蔽体一般位于一、二次侧两线圈之间并与大地连接，这样就可消除线圈间的直接耦合。另外，电源谐波比较严重时，可在隔离变压器前面加滤波器来消除电源的大部分谐波。必要时可在供电的电源线路上接入低通滤波器，以滤去高频干扰信号。滤波器应放在隔离变压器之前，即先滤波后隔离。分离供电系统，将控制器、I/O通道和其他设备的供电采用各自的隔离变压器分离开来，也有助于抗电网干扰。  　　（3）电缆的选择和敷设