PLC在钢筒螺旋焊中的抗干扰分析及措施

吴思雄

（浙江立德产品技术有限公司，杭州 310020）

PLC在钢筒螺旋焊中的抗干扰分析及措施

吴思雄

（浙江立德产品技术有限公司，杭州 310020）

随着PLC应用到钢筒螺旋焊机，它的干扰问题也随之而来。分析PLC控制系统中的主要干扰来源，并提出了几种PLC控制系统的具体抗干扰措施。

PLC；钢筒螺旋焊；电磁兼容性

前言

钢筒螺旋焊机是集卷板、焊接、切割于一体的设备。实践证明应用PLC控制能使机器更操作简便，省工省时。

PLC即可编程序控制器，是微机技术和继电器常规技术相结合的产物，是以微处理器为核心用以数字控制的控制器。PLC根据点数分为小型、中型、大型，能满足各层次用户的需求。但实际工厂中变压器容量有限，其他设备启动时电网电压突然降低，生产环境过于恶劣；钢筒螺旋焊机使用的焊机是直流电机，同一控制柜中有变频器等多种电器元件，造成电磁干扰特别强烈。如果安装或者使用不当，可能造成程序或运算错误，引起PLC误动作而不能正常工作。

1 影响PLC控制系统的主要干扰源

PLC控制系统大多安装于控制柜内，其系统复杂、设备品种多、连接电缆也是又多又长，所以电磁环境相对恶劣。

1.1 电源干扰源

1）电网干扰源。实际使用中通过电源引入的干扰而造成故障的现象比较普遍。PLC系统一般由电网供电，因此整个系统受到所有空间的辐射电磁场影响。主要有由内部电网中电气设备的暂态变化、雷电、雷达、无线电广播、电视等产生的辐射干扰，若此时PLC系统处于干扰频场内，就会受到辐射干扰。特别是内部电网的瞬态变化，如：开关断路器引起的浪涌、变频器和直流调速器等工作时引起的谐波、大功率设备启停引起的谐波，都会影响电网电源质量而造成干扰。

2）控制柜内干扰源。PLC控制柜内装载的其他大电感设备，高压设备，在安装时布线交叉。装在一起的小容量电器的通断控制同样会产生电磁干扰。

1.2 接地系统的干扰源

静电耦合和电磁耦合均有可能通过地线影响系统。各类地的电位不相等而存在电位差，则可能引起共模干扰进而影响系统正常工作。屏蔽层在变化的磁场中会产生感应电流而引起干扰。

1.3 信号线的干扰源

信号线主要是传输各类检测信号和控制信号。传输质量的好坏能直接影响到整个系统能否稳定、可靠和准确的运行。但信号线也会受到外部信号的干扰。此类外部干扰主要有三种：①夹在各类变送器（传感器）供电电源的电网干扰；②夹在信号仪表供电电源的电网干扰；③空间电磁感应的干扰。

1.4 变频器干扰源

变频器的干扰主要有两个方面：①变频器的工作原理是交流——直流——交流，因此在工作中特别是启动的瞬间有谐波，谐波引起骚扰电压，影响供电质量；②输出线缆会对环境产生较强的电磁辐射骚扰，影响其他用电设备。

1.5 其他干扰源

1）由于连接不牢靠、拉扯造成传输信号时断时续，PLC无法准确的判断，造成出错。

2）按钮触点抖动，这时现场触点只闭合一次，但由于抖动，PLC却认为闭合了很多次，造成判断错误。

2 主要的抗干扰措施

2.1 电源干扰的抑制

本次设计的PLC供电由变比为1:1的隔离变压器供电，保证供电电源干净。CPU供电与I/O供电应分开。PLC安装位置与强干扰源保持一定距离。如：直流焊机、变频器、直流调速器和其他大型用电设备等，至少离动力线大于200 mm。同时不与高压器件安装在同一电控柜。当同一电控柜内有电感性负载（较大功率的继电器和接触器线圈）时，应在感性负载两端并联一个RC消弧器。PLC柜内电源线尽量平行走线且最好采用双绞线连接，使电源线对地呈现低阻抗。

2.2 信号线的抗干扰措施

PLC I/O的开关量信号线和模拟量信号线要分开敷设。模拟量信号线采用屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护，屏蔽层单端接地且接地电阻应小于1 Ω。不同电压等级的模拟量信号不应使用同一根电缆，交直流信号也不应使用同一根电缆。尽量按照不同电压等级分开走线，交直流信号线也应分开捆扎。

PLC开关量输入侧信号要保证可靠，如：按钮、行程开关等机械触点，必须保证触点接触牢靠，接线牢固可靠。设计时尽量选用接近开关替代容易产生故障的行程开关。模拟量输入侧，电压信号较电源信号更容易受到干扰，一般选用0~20 mA和4~20 mA的电流信号。PLC开关量输出有继电器、晶体管、晶闸管三种输出形式。用户可根据负载要求选用。PLC输出为继电器输出时，继电器线圈的电感性负载的大小选择会产生干扰。因此在PLC 的开关量输入和开关量输出端加隔离继电器很重要。此外，PLC内部继电器的带载能力有限，外接继电器或接触器也是解决问题的途径。晶体管类型只能用于直流负载。晶闸管类型只能用于交流负载。

2.3 完善的接地系统

接地的目的主要有两个：①安全，②抑制干扰。接地在消除干扰上起很大的作用。在PLC控制系统中，主要有以下几种形式的“接地”：

1）信号地。输入侧各元件的地；一般信号线必须有唯一的参考地。屏蔽线的接地原则是：①应尽量在信号源侧接地；②只有不方便在信号源侧接地时，在PLC侧接地；③信号线中间的连接头或多测点信号连接处，屏蔽层不仅要牢固的连接还要做绝缘处理保证单点接地，避免多点接地；④当屏蔽电缆处于有骚扰电压的场合时，必须就近接地，以防止形成“地环路”。

2）系统地。即PLC控制器为了与所控的各设备等电位而接地。接地电阻不大于4 Ω。一般设计时系统地可考虑把PLC的地和开关电源负端并在一起即可解决。

3）屏蔽接地。主要目的是防止静电和磁场感应。处理方法是：通过专门的铜导线外壳或金属丝网直接引入地下。

4）安全地/保护地。主要是用于预防设备漏电，保障人身安全。做法把所有设备的外壳及内部独立元件的外壳接地。

2.4 变频器干扰的抑制

1）供电采用专用的隔离变压器。用于阻隔电网中的传导干扰及谐波。

2）供电侧加装滤波器。滤波器一方面有很强的抗干扰能力，另外还能抑制变频器产生的骚扰电压，防止电源畸变；还能吸收变频器逆变过程中可能产生的尖峰电压。

3）输出侧加装电抗器，①电抗器可以控制电流的增减变化，抑制线路上产生电磁辐射；②当输出侧发生短路时，可以抑制瞬态变化引起的浪涌。

2.5 其他干扰的抑制

对于触点抖动的情况可以使用软件数字滤波来防止干扰。

3 钢筒螺旋焊机干扰问题及解决办法

本套系统焊机行走，芯模旋转及放板行走必须同步，用到了通讯及变频，针对现场出现的问题采取以下的抗干扰措施：①把功率部分和控制部分分别分开安装，使电源柜对控制柜的干扰减少到最低；②PLC控制系统的供电单独采用隔离变压器；③为了可靠的接地并减小接地电阻，选用4×30的铜排做为接地电缆；④对编码器反馈信号线，PLC间的通讯线等线路，采取单独穿管且屏蔽层两端单独接地；⑤主控回路中的接触器线圈两端都并联一个RC消弧器。

4 结论

这套系统在调试初期，由于干扰问题引起了同步信号出现差错。采用以上措施之后，干扰问题得以解决。虽然PLC本身的可靠性很高，但是其应用系统环境一般都比较恶劣。设计时应综合考虑各个方面的干扰因素，才能使系统中各元件合理“共存”。

[1] 刘美俊 .提高PLC控制系统可靠性的措施[J].电工技术杂志, 2001(1): 17-19.

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[3] 李建兴.可编程序控制器应用技术[M].北京:机械工业出版社, 2004.

[4] 黄净.电气控制与可编程序控制器[M]. 北京:机械工业出版社, 2004.

[5] 刘洪涛. PLC应用开发从基础到实践[M]. 北京:电子工业出版社, 2004.

吴思雄（1982.9-），女，浙江省丽水人，本科，主要从事电磁兼容的抗干扰技术研究。

Interference Analysis and Measures of PLC in Steel Tube Spiral Welding

WU Si-xiong
(Zhejiang LEAD Product Technic Co., Ltd., Hangzhou 310020)

With the application of PLC on the steel tube spiral welding machine, the interference problem is also followed. In this paper, the main sources of interference in the PLC control system are analyzed, and some specific anti-interference measures of PLC control system are put forward.

PLC; steel tube spiral welding; electromagnetic compatibility

TP23

A

1004-7204（2017）03-0018-03