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引言

基于 PLC 的自動配料系統(tǒng)在進(jìn)行改造后，主要由 PLC、變頻器、稱重儀表等低壓電氣設(shè)備組成，為了提高系統(tǒng)在飼料加工中的配料精度和機(jī)電控制部分的可靠性。在基于 PLC 的自動配料系統(tǒng)的安裝、 調(diào)試過程采取了一系列的抗干擾措施，以保證飼料產(chǎn)品的配料精度、提高勞動生產(chǎn)率、增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 PLC 的抗干擾措施

由于系統(tǒng)中的 PLC 處于強(qiáng)電電路與弱電設(shè)備所形成的惡劣環(huán)境中，電磁干擾特別強(qiáng)，要提高PLC 的可靠性，一是要在硬件上采取措施，二是要在軟件上設(shè)計相應(yīng)的保護(hù)程序。

1.1 硬件措施

1.1.1對電源的處理

電源是干擾進(jìn)入 PLC 的主要途徑之一，其主要是通過供電線路的阻抗耦合產(chǎn)生的。為此采用了如下抗干擾措施：

1.1.1.1 采用隔離變壓器

隔離變壓器的初級和次級之間采用隔離屏蔽層，屏蔽層要良好的接地，次級的連接線要使用雙絞線（減少電源線間干擾），隔離變壓器的初級繞組和次級繞組應(yīng)分別加屏蔽層，初級的屏蔽層接交流電網(wǎng)的零線；次級的屏蔽層和初、次級屏蔽層接至直流地端。

1.1.1.2 采用交流穩(wěn)壓電源

交流穩(wěn)壓電源是為了抑制電網(wǎng)中電壓的波動，是在隔離變壓器之后設(shè)置的。在選擇交流穩(wěn)壓器時，一般可按實際最大需求容量的 130%計算。這樣可以保證穩(wěn)壓特性，有有助于穩(wěn)壓器工作可靠。

1.1.1.3 采用 UPS 電源

由于系統(tǒng)的實時控制，突然斷電的后果不堪設(shè)想。因此，受 UPS 電源容量的限制，將 UPS 的供電范圍保證在 PLC 主機(jī)、通信模板、遠(yuǎn)程 I/O站的各個機(jī)架上和 PLC 系統(tǒng)相關(guān)的外部設(shè)備上。

1.1.1.4 使用電源濾波器

電源濾波器具有良好的共模濾波、差模濾波性能和高頻干擾抑制性能，能有效地抑制線與線間和線與地之間的干擾。它在使用中應(yīng)注意以下幾點：

(1)濾波器應(yīng)盡量靠近設(shè)備交流電入口處安裝，應(yīng)使未經(jīng)過濾波器的交流電源線在設(shè)備內(nèi)盡量短；

(2)濾波器中的電容器引線應(yīng)盡可能的短， 以免引線感抗和容抗在較低頻率上產(chǎn)生諧振；

(3)濾波器接地線上有大的電流流過， 會產(chǎn)生電磁輻射，應(yīng)對濾波器進(jìn)行較好的接地和屏蔽；

(4)濾波器的輸入線和輸出線不能捆扎在一起，在布線時應(yīng)盡量增大其間距，以減少它們之間的耦合，可加隔板或屏蔽層。

1.1.1.5 使用直流電源

使用 220V 直流電源（蓄電池）給 PLC供電，可顯著減少來自交流電源的干擾。

本自動配料系統(tǒng)采用的是 FX2N 系列的 PLC，其電源輸入端內(nèi)有一個直接對 220V 交流電源整流的二極管整流橋，交流電壓經(jīng)整流后送給 PLC內(nèi)的開關(guān)電源。由于開關(guān)電源的輸入電壓的范圍很寬，其也可以使用 220V 的直流電源。使用交流電源時，整流橋的每只二極管只承受一半的負(fù)載電流。使用直流電源時，有兩只二極管承受全部負(fù)載電流?？紤]到 PLC 的電源輸入電流很小，在設(shè)計時整流二極管一般均留有較大的裕量，如使用直流 220V 電源電壓不會有什么問題。 經(jīng)過長期工業(yè)運(yùn)行，已證明上述方案是可行的。

1.1.2對感性負(fù)載的處理

PLC 的輸入、輸出端接有電感性斷電元件時，會產(chǎn)生很大的自感電動勢， 當(dāng)電路接通或斷開時，其觸點處將產(chǎn)生電弧，嚴(yán)重時，發(fā)生觸點燒結(jié)。因此，要在電感線圈上并聯(lián)一個續(xù)流二極管（直流）或阻容電路(交流)。如圖 1 和圖 2 所示。

一般電路中的電阻可選取 51-120Ω，電容可選取 0.1-0.47μF,電壓應(yīng)大于峰值電壓。續(xù)流二極管可選取 1A 的管子， 其額定電壓應(yīng)大于電源電壓的 3 倍。為減少電動機(jī)和電力變壓器投切時產(chǎn)生的干擾， 可在電源的輸入端設(shè)浪涌電流吸收器。

1.1.3 PLC 系統(tǒng)安裝與布線時的抗干擾措施

PLC 各部分的組成和系統(tǒng)連接及裝配方法嚴(yán)格按照說明書上安裝要求進(jìn)行是保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行的基本條件。

1.1.3.1 PLC 控制系統(tǒng)的布線

不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應(yīng)按傳輸信號種類分層敷設(shè)， 嚴(yán)禁用同一電纜內(nèi)的不同導(dǎo)線同時傳送動力電源和控制信號，避免信號線與動力電纜靠近平行敷設(shè)，以減少電磁干擾。 施工時應(yīng)注意將動力電纜和控制電纜分開。同時，還要注意盡量把 PLC 電源線、I/O 電源線、輸入信號線、輸出信號線、交流線、直流線分別使用各自的電纜，且盡量分開布線。開關(guān)量信號線和模擬量信號線也應(yīng)盡量分開布線，且模擬量信號線應(yīng)采用屏蔽電纜，并將屏蔽層接地。

當(dāng)動力電纜超過 10A/400V 或 20A/220V，若要求與輸入輸出電纜并行放置，那么在兩者之間至少相隔 300 mm。如果將它們放在一個槽內(nèi)時，它們之間必須間隔 100 mm 以上，且一定要用接地的金屬屏蔽起來。特別注意的是 PLC 的基本單元與擴(kuò)展單元之間的電纜是傳送電壓低的高頻信號，很易受到干擾。因此，不能將它與其他電纜設(shè)在同一管道內(nèi)。另外，使用的電纜應(yīng)是截面積小于 1.5mm2 的屏蔽電纜。最好使用電纜管敷設(shè)電纜。使用排線槽時，長度要足以包含全部的輸入輸出連線，并與其它電纜分開。

1.1.3.2 電源接線和地線接線

要合理布置電源線，強(qiáng)電與弱電要嚴(yán)格分開，且弱電電源線要盡量加屏蔽層。

接地在消除干擾上起很大的作用。PLC 與強(qiáng)電設(shè)備最好分別使用接地裝置，接地線的截面積應(yīng)大于 2 mm2 ，接地點與 PLC 的距離應(yīng)小于 50m。為防止不同信號回路接地線上的電流引起交叉干擾，必須分系統(tǒng)（以控制屏為單位）將弱電信號的內(nèi)部地線接通。然后各自用規(guī)定面積的導(dǎo)線統(tǒng)一引到接地網(wǎng)絡(luò)的同一點，從而實現(xiàn)控制系統(tǒng)的一點接地。

交流地線、直流地線、模擬地和數(shù)字地等必須分開。數(shù)字地和模擬地的共點地最好置懸浮方式。地線各點之間的電位差盡可能小，盡量加粗地線，有條件可采用環(huán)形地線。

在采用外部傳感器的系統(tǒng)中，距離較遠(yuǎn)時，一定要保證外部設(shè)備與 PLC 控制系統(tǒng)的可靠獨立接地，或者選用傳感器外殼不與控制屏蔽層連接的傳感器，在 PLC 控制系統(tǒng)側(cè)實施一點接地；距離較近時，可采用公共接地母排接地，保證傳感器與控制設(shè)備接地點之間電位差近似為零，從而消除環(huán)流形成的干擾。

1.2 軟件措施

只采用硬件措施不能完全消除干擾的影響，必須用軟件措施加以配合以取得較好的抗干擾效果。這些措施不需要增加硬件投入，簡便易行。

1.2.1延時確認(rèn)

對于開關(guān)量輸入，可采用軟件延時 20ms，對同一信號作兩次或兩次以上讀入，結(jié)果一致才確認(rèn)輸入有效。

1.2.2封鎖干擾

某些干擾是可以預(yù)知的，如 PLC 的輸出命令使執(zhí)行機(jī)構(gòu)（大功率的電動機(jī)、電磁鐵）動作，常常會伴隨產(chǎn)生火花、電弧等干擾信號，這些干擾信號可能使 PLC 接收錯誤的信息。在容易產(chǎn)生這些干擾的時間內(nèi)，可用軟件封鎖 PLC 的某些輸入信號，在干擾易發(fā)期過后，再取消封鎖。

1.2.3故障診斷與檢測

PLC 的可靠性很高，本身具有完善的自診斷功能，PLC 若出現(xiàn)故障，借助自診斷程序可以方便地找到故障的部位與部件，更換后就可以恢復(fù)正常工作。

1.2.4超時檢測

機(jī)械設(shè)備在各自工步的動作所需的時間一般是不變的，即使變化也不會太大，因此可以以這些時間為參考，在 PLC 發(fā)出輸出信號，相應(yīng)的外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)開始動作時啟動一個定時器定時，定時器的設(shè)定值比正常情況下該動作的持續(xù)時間長20%左右。 若該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作時間超過對應(yīng)定時器的設(shè)定時間，PLC 還沒有接收到動作結(jié)束信號，定時器的延時接通常開觸點發(fā)出故障信號，該故障停止正常的循環(huán)程序，啟動報警和故障顯示程序，使操作人員和維修人員能迅速判別故障的種類，及時采取排除故障的措施。

1.2.5邏輯錯誤檢測

在系統(tǒng)正常運(yùn)行時，PLC 的輸入/輸出信號和內(nèi)部的信號（如輔助繼電器的狀態(tài)）相互之間存在著確定的關(guān)系，如出現(xiàn)異常的邏輯信號，則說明出現(xiàn)了故障。因此，可以編制一些常見故障的異常邏輯關(guān)系，一旦異常邏輯關(guān)系為 ON 狀態(tài)，就應(yīng)該按故障處理。

2 稱重顯示控制儀抗干擾措施

由于稱重顯示控制儀直接影響配料系統(tǒng)的控制精度。因此，應(yīng)該盡量降低稱重儀表所受到的干擾，以提高系統(tǒng)的配料精度。

稱重儀表在安裝時，采取了下列措施能減小或消除干擾。

(1)儀表輸入信號電纜采用屏蔽電纜， 屏蔽層接到儀表輸入屏蔽端。并盡量與 100V 以上的動力線分開。

(2)儀表供電與感性負(fù)載（如交流接觸器）供電盡量分開（如圖 3 所示） 。

(3)在感性負(fù)載的控制接點并聯(lián) RC 火花吸收電路。

(4)適當(dāng)設(shè)置儀表的數(shù)字濾波時間常數(shù)。

3 變頻器抗干擾措施

由于變頻器直接控制配料系統(tǒng)喂料器的送料速度，而送料速度影響系統(tǒng)的配料精度。因此，對變頻器進(jìn)行硬件連接時，采取了下列措施能減小或消除干擾。

3.1 變頻器系統(tǒng)的抗干擾措施

3.1.1隔離

(1)將所有的信號線很好的絕緣，使其不漏電，這樣防止由于接觸引起的干擾；

(2)將不同種類的信號線隔離敷設(shè)；

(3)模擬量輸入信號應(yīng)采用屏蔽雙絞線連接，且這些信號線必須單獨占用電線管或電纜槽，不可以與其他信號在同一電纜管（槽）中敷設(shè)；

(4)低電平的開關(guān)信號、 數(shù)據(jù)通信電路也要采用屏蔽雙絞線連接，單獨走線，不可與動力線和大負(fù)載信號線在一起平行敷設(shè)；

(5)高電平（或大電流）的開關(guān)量的輸入輸出及其他繼電器輸入輸出信號采用雙絞線連接，也單獨敷設(shè)在電纜管（槽）中；

(6)在電源線上通常采用隔離變壓器以免傳導(dǎo)干擾。

3.1.2屏蔽

變頻器的輸出線最好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號控制變壓器時，要求信號盡可能短（用一般為 20m 以內(nèi)） ，且信號線采用雙芯屏蔽，并與主電路的輸入輸出線及控制線完全分離，絕不能放于同一配管或線槽內(nèi)，周圍電子敏感設(shè)備線路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩必須可靠接地。

3.1.3濾波

在電源輸入端加裝電源濾波器。為抑制變頻器輸入側(cè)的諧波電流，改善功率因數(shù)，可在變頻器輸入端加裝交流電抗器。為改善變頻器輸出電流，減少電動機(jī)噪聲，可在變頻器輸出端加裝交流電抗器。

3.1.4接地

(1)保護(hù)接地： 將變頻器的金屬外殼與地之間作很好的電氣連接，使機(jī)殼與地等電位，并防止靜電的積累。

(2)工作接地：變頻器本身有專用接地端子PE 端，可用較粗的短線一端接到接地端子 PE 端，另一端與接地極相連，接地電阻應(yīng)小于 1Ω，接地線長度在 20m 以內(nèi)，并注意合理選擇接地極的位置。

3.2 變頻系統(tǒng)中的共模噪聲及抑制

3.2.1減弱噪聲源

在變頻器輸出側(cè)加裝共模扼流線圈是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。

3.2.2噪聲屏蔽

(1)三相四線電纜： 變頻器與電動機(jī)間采用三相四線電纜，并排放在電纜導(dǎo)管中。電纜導(dǎo)管的兩端分別接到變頻器的外殼和電動機(jī)接線盒，電纜中的中線分別接到變頻器的 PE 端子和電動機(jī)的地接線端子；

(2)屏蔽電力電纜。

3.3 諧波干擾的抑制

(1)變頻系統(tǒng)的供電電源與其他設(shè)備的供電電源相互獨立，或在變頻器和其他用電設(shè)備的輸入側(cè)安裝隔離變壓器，切斷諧波電流；

(2)在變頻器前側(cè)安裝線路電抗器， 可抑制電源側(cè)過電壓，并能降低由變頻器產(chǎn)生的電流畸變，避免使主電源受到嚴(yán)重干擾；

(3)電動機(jī)和變頻器之間的電纜應(yīng)穿鋼管敷設(shè)或用鎧裝電纜，并與其他弱電信號在不同的電纜溝內(nèi)分別敷設(shè)，避免輻射干擾；

(4)信號線采用屏蔽電纜傳輸， 且布線時與變頻器主回路控制線錯開一定距離（至少 20m 以上） ，切斷輻射干擾；

(5)變頻器使用專用接地線，且用粗短線接地，鄰近其他電器設(shè)備的地線必須與變頻器配線分開。這樣能有效抑制電流諧波對鄰近設(shè)備的輻射干擾。

結(jié)語

正是由于采用了以上這些措施，使得自動配料系統(tǒng)的工作精度、安全性和穩(wěn)定性、可靠性顯著提高，保證了飼料的營養(yǎng)成分的有效利用。同時，提高了勞動生產(chǎn)率，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，降低了成本，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

 

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