PLC和伺服组成的运动控制系统中的抗干扰设计

 一 概述

　　随着产业控制技术的发展,PLC和伺服技术的到了长足的发展。PLC是专为产业生产环境设计的计算机控制设备，且有可靠性高、硬件配套齐全、用户程序简单易学且维护方便等优点而广泛应用于各行各业中；交流伺服电机控制采用了磁场定向矢量控制原理, 具有动态响应快、稳态运行精度高、转矩脉动小, 低速运行平滑等性能, 而且调速范围较大，做为进给传动装置得到了广泛的应用。PLC一般具备脉冲输出接口，所以以PLC和脉冲式伺服组成的简易数控系统是经济型机床的首选。

　　PLC和伺服都是专门为产业控制环境而设计的,因此本身可靠性强,所以在一般的控制系统中不用抗干扰设计或进行简单的抗干扰设计就可以使系统安全可靠地运行。但在特别恶劣的应用环境中,如强电场、强磁场、剧烈的冲击和振动环境, 控制系统和执行机构并不一定能可靠地工作;另外,在对可靠性要求特别高的场合,就要对控制系统和执行机构进行特别的抗干扰设计。为进步系统的可靠性,首先要认真分析相应的应用环境中各种可能产生干扰来源,在此基础上选择可靠性强的PLC及相关模块,从硬件的角度如工程设计、施工布线、使用维护等进行抗干扰设计,另外,还要有针对性地从软件方面进行抗干扰设计。

二 系统中主要的干扰来源和抑制措施

　　干扰的来源众多,破坏了系统的稳定性。 系统的不稳定的主要表现为内部信息被破坏，导致控制系统混乱，执行机构误动作和网络出错，影响设备的正常运行。

　　2.1 PLC

　　从形式上讲, PLC控制系统的干扰分为两类:内部干扰、外部干扰。内部干扰,是PLC本身的题目;外部干扰,包括导线传进的干扰（由电源线、控制线各信号线等外部线引进的干扰） 、空间感应和辐射干扰、地线传进的干扰。在现实的产业实际情况中，内部干扰的情况比较少见。下面首先分析来自外部的干扰。

　　（1）选用性能优良的电源，采取措施抑制电网干扰

　　在PLC控制系统中，电源占有极其重要的地位，也是干扰进进PLC的主要途径之一。电网线路上挂接了各种用电设备,如大功率电动机、交直流传动装置、变频器、家用电器等等,这些设备的启、停会引起电网的电流电压波动，产生的幅值很大浪涌和高次谐波。假如使用PLC系统的交流供电电源，在干扰较强或可靠性要求很高的场合，可以在PLC的交流电源输进端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器，屏蔽层应可靠接地;也可以在低级、次级绕组之间加屏蔽层，并将它们和铁芯一起接地，以进步高频共模干扰能力。

　　（2） 来自空间感应和辐射的干扰

　　大多PLC控制系统所处的空间中有各种各样的电场和磁场,这些电场、磁场无不影响着控制系统。电磁场（EMI）主要由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的;屏蔽效果差的PLC控制系统本身也会产生电磁场,所产生的电磁场反过来又影响控制系统本身。这些电磁场统称为辐射干扰,其分布极为复杂。只要PLC控制系统处于辐射范围内,其就会受到干扰。控制系统受到干扰的程度和辐射的强弱和频率有关。辐射通过以下两种途径影响PLC控制系统: ①直接对PLC内部的辐射,由电路感应产生干扰; ②对PLC通讯网络的辐射,由通讯线路的感应引进干扰。针对此种干扰，屏蔽、滤波和接地是三种主要的方法。

　　（3） 由信号线引进的干扰

　　相邻信号线上的串扰信号会在被串单线路上产生噪声或在被串线路对上产生耦合信号,即在被串线路上有串扰信号存在。由信号引进干扰会引起I/ O 接口信号工作异常和丈量精度大大降低,严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统,还将导致信号间互相干扰,引起共地系统总地线回流,造成逻辑数据变化、误动和死机。

　　（4） 由地线引进的干扰。

　　接地的目的有两个:一是为了安全;二是为了抑制干扰地线的连接方式不当,会引起地环流。地环流在屏蔽线内部产生电磁场,进而干扰屏蔽线,造成信号的失真。下图为正确的接地方式，果断避免串联接地。

　　（5）不科学安装和布线

　　不同类型的PLC有不同的安装规范，如CPU与电源的安装位置、机架间的间隔、接口模块的安装位置,1/O模块量、机架与安装部分的连接电阻等都有明确的要求，安装时必须按所用的产品的安装要求进行。PLC应设有独立、良好的接地装置，接地电阻要小于100Ω，接地线不能超过20m,PLC不能与其它设备共用一个接地体川。PLC电源线、I/O线、动力线最好放在各自的电缆槽或电缆管中，线中心距要保持至少大于300mm的间隔。模拟量输进/输出线最好加屏蔽，且屏蔽层应一端接地。PLC要阔别干扰源，信号线若不能避开干扰源，应采用光纤电缆。在室外安装时须采取防雷击的措施，比如在两端接地的金属管线中走线。

　　为了减少动力电缆电磁辐射干扰,尤其变频装置馈电电缆引起的电磁干扰,决定采用两条基本原则:其一是在实际工程中,尽量采用铜带铠装屏蔽电力电缆,降低动力线产生的电磁干扰,这种方法的实际效果在很多场合被证实是非常有效的;二是对不同类型的信号分别由不同电缆传输,信号电缆应按传输信号种类分层敷设,严禁同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号,避免信号线与动力电缆平行敷设,以减小电磁干扰。