tag 标签: 抗干扰

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    2014-12-29 14:36
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    一、编码器的分类 根据检测原理,编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式,根据其刻度方法及信号输出形式,可分为增量式、绝对式以及混合式三种。 1.1 增量式编码器 增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相;A、B两组脉冲相位差90度,从而可方便的判断出旋转方向,而Z相为每转一个脉冲,用于基准点定位。它的优点是原理构造简单,机械平均寿命可在几万小时以上,抗干扰能力强,可靠性高,适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。 1.2 绝对式编码器 绝对式编码器是直接输出数字的传感器,在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码盘,每条道上有透光和不透光的扇形区相间组成,相邻码道的扇区树木是双倍关系,码盘上的码道数是它的二进制数码的位数,在吗盘的一侧是光源,另一侧对应每一码道有一光敏元件,当吗盘处于不同位置时,各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号,形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器,在转轴的任意位置都可读书一个固定的与位置相对应的数字码。显然,吗道必须N条吗道。目前国内已有16位的绝对编码器产品。 1.3 混合式绝对编码器 混合式绝对编码器,它输出两组信息,一组信息用于检测磁极位置,带有绝对信息功能;另一组则完全同增量式编码器的输出信息。 二、光电编码器的应用 增量型编码器与绝对型编码器区别 1、角度测量 汽车驾驶模拟器,对方向盘旋转角度的测量选用光电编码器作为传感器。重力测量仪,采用光电编码器,把他的转轴与重力测量仪中补偿旋钮轴相连,扭转角度仪,利用编码器测量扭转角度变化,如扭转实验机、渔竿扭转钓性测试等。摆锤冲击实验机,利用编码器计算冲击是摆角变化。 2、长度测量 计 米 器,利用滚轮周长来测量物体的长度和距离。 拉线位移传感器,利用收卷轮周长计量物体长度距离。 联轴直测,与驱动直线位移的动力装置的主轴联轴,通过输出脉冲数计量。 介质检测,在直齿条、转动链条的链轮、同步带轮等来传递直线位移信息。 3、速度测量 线速度,通过跟仪表连接,测量生产线的线速度 角速度,通过编码器测量电机、转轴等的速度测量 4、位置测量 机床方面,记忆机床各个坐标点的坐标位置,如钻床等 自动化控制方面,控制在牧歌位置进行指定动作。如电梯、提升机等 5、同步控制 通过角速度或线速度,对传动环节进行同步控制,以达到张力控制 三、增量型编码器(旋转型) 1、工作原理: 由一个中心有轴的光电码盘,其上有环形通、暗的刻线,有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度),将C、D信号反向,叠加在A、B两相上,可增强稳定信号;另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。 由于A、B两相相差90度,可通过比较A相在前还是B相在前,以判别编码器的正转与反转,通过零位脉冲,可获得编码器的零位参考位。  编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料,玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线,其热稳定性好,精度高,金属码盘直接以通和不通刻线,不易碎,但由于金属有一定的厚度,精度就有限制,其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级,塑料码盘是经济型的,其成本低,但精度、热稳定性、寿命均要差一些。 分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率,也称解析分度、或直接称多少线,一般在每转分度5~10000线。 2、信号输出: 信号输出有正弦波(电流或电压),方波(TTL、HTL),集电极开路(PNP、NPN),推拉式多种形式,其中TTL为长线差分驱动(对称A,A-;B,B-;Z,Z-),HTL也称推拉式、推挽式输出,编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。 信号连接—编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机,PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分,开关频率有低有高。 如单相联接,用于单方向计数,单方向测速。 A.B两相联接,用于正反向计数、判断正反向和测速。 A、B、Z三相联接,用于带参考位修正的位置测量。 A、A-,B、B-,Z、Z-连接,由于带有对称负信号的连接,电流对于电缆贡献的电磁场为0,衰减最小,抗干扰最佳,可传输较远的距离。 对于TTL的带有对称负信号输出的编码器,信号传输距离可达150米。 对于HTL的带有对称负信号输出的编码器,信号传输距离可达300米。    3、增量式编码器的问题: 增量型编码器存在零点累计误差,抗干扰较差,接收设备的停机需断电记忆,开机应找零或参考位等问题,这些问题如选用绝对型编码器可以解决。 增量型编码器的一般应用: 测速,测转动方向,测移动角度、距离(相对)。    四、绝对型编码器(旋转型)   绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线,每道刻线依次以2线、4线、8线、16 线。。。。。。编排,这样,在编码器的每一个位置,通过读取每道刻线的通、暗,获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码(格雷码),这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的,它不受停电、干扰的影响。 绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的,它无需记忆,无需找参考点,而且不用一直计数,什么时候需要知道位置,什么时候就去读取它的位置。这样,编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。 从单圈绝对值编码器到多圈绝对值编码器 旋转单圈绝对值编码器,以转动中测量光电码盘各道刻线,以获取唯一的编码,当转动超过360度时,编码又回到原点,这样就不符合绝对编码唯一的原则,这样的编码只能用于旋转范围360度以内的测量,称为单圈绝对值编码器。 如果要测量旋转超过360度范围,就要用到多圈绝对值编码器。 编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理,当中心码盘旋转时,通过齿轮传动另一组码盘(或多组齿轮,多组码盘),在单圈编码的基础上再增加圈数的编码,以扩大编码器的测量范围,这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器,它同样是由机械位置确定编码,每个位置编码唯一不重复,而无需记忆。 多圈编码器另一个优点是由于测量范围大,实际使用往往富裕较多, 这样在安装时不必要费劲找零点, 将某一中间位置作为起始点就可以了,而大大简化了安装调试难度。
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    2014-10-16 16:40
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    工控设备的核心问题,就是抗干扰能力,如果抗干扰能力不达标,那么,这个设备就是没有意义的。 要提高工控设备的抗干扰能力,首先就是要学会正确的使用PLC。 1.PLC的内核电源和输入输出接口电源应该独立 绝大多数的用户,在设计系统时,只有一个电源,PLC的内核级接口都用这个电源,懂得光耦原理的人就会发现,这种接法,会把光耦旁路掉,也就是说,光耦完全没有起到隔离的作用,整个PLC完全是在“裸奔”,非常危险的!正确的做法是多加一个电源专门只给PLC内核供电。输入输出接口可以共用一个电源。 2.PLC的输出口如果接到感性负载,例如电磁阀,继电器等,需要反向加一个吸收二极管。具体的方法,可以到我们的网站查看产品的接线图。 如果没有这个反向二极管,在电磁阀或继电器断开的瞬间,会产生一个反向电动势,和输出口的电源叠加在一起,大大超过输出三极管的电压承受极限,导致三极管击穿。对于方向二极管的参数,只要是电流不小于继电器电流,耐压不低于接口电源电压就行了,像1N4004,1N4007都没有任何问题。另外,市场上的电磁阀,接线如果标有正负极的,里面已经有了吸收电路,不用外接二极管了。 3.电源的选择 干扰信号都是高频信号,比较典型的干扰信号源有变频器,可控硅调压电路。现在市面上的电源大多是开关电源,体积小,效率也很高,但是,最大的缺点是高频干扰信号可以长驱直入。而过去的老式电源,里面有个很大体积的变压器,体积大,效率低,但是对于高频干扰信号却可以很有效的抑制。所以,在选择内核电源时,应该选择老式变压器电源。 如果找不到老式变压器电源,可以在开关电源前接一个1:1的隔离变压器,或在内核电源的输入端接共模线圈,用来阻隔高频干扰。 4.布局 干扰有2个途径,一是导线传导,二是空间辐射传导。以上的1和3就可以解决导线传导的干扰。对付空间干扰,最有效的办法就是加屏蔽罩,配电柜就是个很好的屏蔽罩。但是,屏蔽罩对于来自内部的干扰却束手无策。由于继电器甚至接触器一般也装配在在配电柜里面,继电器在断开的瞬间会产生一个高频干扰,这个干扰就会通过空间辐射影响PLC的工作。这时候,就要对配电柜内部的布局有一定的要求了,PLC应该尽量远离继电器以及继电器控制的大电流电缆,以减少空间辐射干扰。如果干扰仍然严重,可以考虑用锡纸把PLC包起来,相当于给PLC加一个屏蔽罩。 看了上面的内容,有些工控设备工程师,会有疑惑:“我都这样(没有按照上面的要求做)做了几十年了,也没有出现什么问题呀”?虽然设备在工作,但却不是最佳状态,属于“带病工作”。
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    2014-9-22 08:59
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    分析了电磁干扰及其对PLC控制系统干扰的机制,指出在工程应用时必须综合考虑控制系统的抗干扰性能,并结合工程提出了几种有效的抗干扰措施。 1 概述      随着科学技术的发展,PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行,系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC,有的是集中安装在控制室,有的是安装在生产现场和各电机设备上,它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性,一方面要求PLC生产厂家用提高设备的抗干扰能力;另一方面,要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视,多方配合才能完善解决问题,有效地增强系统的抗干扰性能。 2 电磁干扰源及对系统的干扰 2.1 干扰源及干扰一般分类      影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样,大都产生在电流或电压剧烈变化的部位,这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源,即干扰源。 干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中:按噪声产生的原因不同,分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等;按噪声的波形、性质不同,分为持续噪声、偶发噪声等;按噪声干扰模式不同,分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差,主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压迭加所形成。共模电压有时较大,特别是采用隔离性能差的配电器供电室,变送器输出信号的共模电压普遍较高,有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压,直接影响测控信号,造成元器件损坏(这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因),这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压,主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压,这种让直接叠加在信号上,直接影响测量与控制精度。 2.2 PLC控制系统中电磁干扰的主要来源 2.2.1 来自空间的辐射干干扰      空间的辐射电磁场(EMI)主要是由电力网络、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,通常称为辐射干扰,其分布极为复杂。若PLC系统置于所射频场内,就回收到辐射干扰,其影响主要通过两条路径:一是直接对PLC内部的辐射,由电路感应产生干扰;而是对PLC通信内网络的辐射,由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小,特别是频率有关,一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。 2.2.2 来自系统外引线的干扰      主要通过电源和信号线引入,通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。 (1)来自电源的干扰      实践证明,因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多,笔者在某工程调试中遇到过,后更换隔离性能更高的PLC电源,问题才得到解决。      PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广,它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化,入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等,都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源,但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上,由于分布参数特别是分布电容的存在,绝对隔离是不可能的。 (2)来自信号线引入的干扰      与PLC控制系统连接的各类信号传输线,除了传输有效的各类信息之外,总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径:一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰,这往往被忽视;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰,即信号线上的外部感应干扰,这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低,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,引起共地系统总线回流,造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重,由此引起系统故障的情况也很多。 (3)来自接地系统混乱时的干扰      接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。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;而错误的接地,反而会引入严重的干扰信号,使PLC系统将无法正常工作。      PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是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,影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地,如果电缆屏蔽层两端A、B都接地,就存在地电位差,有电流流过屏蔽层,当发生异常状态如雷击时,地线电流将更大。 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,屏蔽层内有会出现感应电流,通过屏蔽层与芯线之间的耦合,干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱,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。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低,逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮,造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降,引起对信号测控的严重失真和误动作。 2.2.3 来自PLC系统内部的干扰      主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生,如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响,模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容,比较复杂,作为应用部门是无法改变,可不必过多考虑,但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。 3 PLC控制系统工程应用的抗干扰设计      为了保证系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰,必须从设计阶段开始便采取三个方面抑制措施:抑制干扰源;切断或衰减电磁干扰的传播途径;提高装置和系统的抗干扰能力。这三点就是抑制电磁干扰的基本原则。 PLC控制系统的抗干扰是一个系统工程,要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰能力的产品,且有赖于使用部门在工程设计、安装施工和运行维护中予以全面考虑,并结合具有情况进行综合设计,才能保证系统的电磁兼容性和运行可靠性。进行具体工程的抗干扰设计时,应主要以下两个方面。 3.1 设备选型      在选择设备时,首先要选择有较高抗干扰能力的产品,其包括了电磁兼容性(EMC),尤其是抗外部干扰能力,如采用浮地技术、隔离性能好的PLC系统;其次还应了解生产厂给出的抗干扰指标,如共模拟制比、差模拟制比,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;另外是靠考查其在类似工作中的应用实绩。在选择国外进口产品要注意:我国是采用220V高内阻电网制式,而欧美地区是110V低内阻电网。由于我国电网内阻大,零点电位漂移大,地电位变化大,工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上,对系统抗干扰性能要求更高,在国外能正常工作的PLC产品在国内工业就不一定能可靠运行,这就要在采用国外产品时,按我国的标准(GB/T13926)合理选择。 3.2 综合抗干扰设计 主要考虑来自系统外部的几种如果抑制措施。主要内容包括:对PLC系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰;对外引线进行隔离、滤波,特别是原理动力电缆,分层布置,以防通过外引线引入传导电磁干扰;正确设计接地点和接地装置,完善接地系统。另外还必须利用软件手段,进一步提高系统的安全可靠性。 4 主要抗干扰措施 4.1 采用性能优良的电源,抑制电网引入的干扰      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的。现在,对于PLC系统供电的电源,一般都采用隔离性能较好电源,而对于变送器供电的电源和PLC系统有直接电气连接的仪表的供电电源,并没受到足够的重视,虽然采取了一定的隔离措施,但普遍还不够,主要是使用的隔离变压器分布参数大,抑制干扰能力差,经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以,对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大(如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术)的配电器,以减少PLC系统的干扰。      此外,位保证电网馈点不中断,可采用在线式不间断供电电源(UPS)供电,提高供电的安全可靠性。并且UPS还具有较强的干扰隔离性能,是一种PLC控制系统的理想电源。 4.2 电缆选择的敖设      为了减少动力电缆辐射电磁干扰,尤其是变频装置馈电电缆。笔者在某工程中,采用了铜带铠装屏蔽电力电缆,从而降低了动力线生产的电磁干扰,该工程投产后取得了满意的效果。      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敖设,严禁用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靠近平行敖设,以减少电磁干扰。 4.3 硬件滤波及软件抗如果措施      信号在接入计算机前,在信号线与地间并接电容,以减少共模干扰;在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。 由于电磁干扰的复杂性,要根本消除迎接干扰影响是不可能的,因此在PLC控制系统的软件设计和组态时,还应在软件方面进行抗干扰处理,进一步提高系统的可靠性。常用的一些措施:数字滤波和工频整形采样,可有效消除周期性干扰;定时校正参考点电位,并采用动态零点,可有效防止电位漂移;采用信息冗余技术,设计相应的软件标志位;采用间接跳转,设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。 4.4 正确选择接地点,完善接地系统 接地的目的通常有两个,其一为了安全,其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。 系统接地方式有:浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对PLC控制系统而言,它属高速低电平控制装置,应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响,装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz,所以PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的PLC系统适于并联一点接地方式,各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大,应采用串联一点接地方式。用一根大截面铜母线(或绝缘电缆)连接各装置的柜体中心接地点,然后将接地母线直接连接接地极。接地线采用截面大于22mm2的铜导线,总母线使用截面大于60mm2的铜排。接地极的接地电阻小于2Ω,接地极最好埋在距建筑物10 ~ 15m远处,而且PLC系统接地点必须与强电设备接地点相距10m以上。 信号源接地时,屏蔽层应在信号侧接地;不接地时,应在PLC侧接地;信号线中间有接头时,屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理,一定要避免多点接地;多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时,各屏蔽层应相互连接好,并经绝缘处理。选择适当的接地处单点接点。 5 结束语 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,合理有效地抑制抗干扰,对有些干扰情况还需做具体分析,采取对症下药的方法,才能够使PLC控制系统正常工作。
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    2014-9-9 16:29
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    摘 要:分析了各种干扰对PLC和伺服驱动器作用的机理,从硬件和软件两个方面提出了相关的抗干扰措施。这些措施对于PLC系统在运动控制中的应用有一定的实用价值。  关键词:PLC;Servo;抗干扰;数字滤波 一 概述   随着工业控制技术的发展,PLC和伺服技术的到了长足的发展。PLC是专为工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和伺服都是专门为工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。为提高系统的可靠性,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本身的问题;   外部干扰,包括导线传入的干扰(由电源线、控制线各信号线等外部线引入的干扰) 、空间感应和辐射干扰、地线传入的干扰。   在现实的工业实际情况中,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,也是干扰进入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。如果使用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的交流电源输入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;也可以在初级、次级绕组之间加屏蔽层,并将它们和 铁芯一起接地,以提高高频共模干扰能力。   (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通信网络的辐射,由通信线路的感应引入干扰。针对此种干扰,屏蔽、滤波和接地是三种主要的方法。   (3) 由信号线引入的干扰   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。由信号引入干扰会引起I/ O 接口信号工作异常和测量精度大大降低,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) 由地线引入的干扰。   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。   (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、机架间的距离、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。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的距离。模拟量输入/输出线最好加屏 蔽,且屏蔽层应一端接地。PLC要远离干扰源,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:   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许多场合被证明是非常有效的;   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。    在PLC控制系统中,硬件上的抗干扰设计是基础也是抑制干扰的根本的措施。除此之外,还可以在软件设计上,可以采用数字滤波和软件容错等经济有效的方法,进一步提高系统的可靠性。   (1)数字滤波   现场的模拟量信号经A /D转换后变为数字量信号,存人PLC中,再利用数字滤波程序对其进行处理,滤去噪声信号从而获得所需的有用信号。工程上的数字滤波方法很多,常用的有:平均值滤波法、中间值滤波法、加权滤波、滑动滤波法等。   (2)软件容错   尽管采用了各种抗干扰技术,但不能够完全杜绝干扰,干扰或多或少、或大或小总是存在的,并且在特定的条件下还有可能对控制系统造成大的干扰,因此,我们还 应该在程序编制中采取软件容错技术。所谓容错,就是在干扰不能避免的情况下,万一其对控制系统造成大的干扰而使系统出现异常时,控制系统能对其及时的进行 反应,并根据出错时的状态决定系统下一步补救措施。主要有以下容错技术:   ①程序重复执行技术:在程序执行过程中,一旦发现现场故障或错误,在某些情况下可以重新执行被干扰的先行指令若干次。若重复执行成功,说明引起控制系统故障的原因为干扰,否则是干扰以外的原因,此时应输出软件失败( Fault)并停机、报警。   ②对死循环作处理:在程序中设计了定时狗(WDT)程序,当定时超过原定时间时,可以断定系统进入了死循环。当控制系统进入了死循环,可以根据程序的判断,决定下一步是停机还是进入相关的子程序进行系统的恢复。   ③软件延时:为确保重要的开关量输人信号、易抖动信号的检测和控制回路数据采集的正确性,可采用软件延时15ms―20ms,并对同一信号多次读取,结果一致,才确认有效,这样可消除偶发干扰的影响。 2.2 伺服   伺服系统和PLC系统类似,PLC的外部干扰源和抗干扰措施同样适用于伺服系统。同时,伺服系统和PLC还有不同之处。伺服驱动器的抗干扰主要式防止干扰脉冲的输入。   (1)伺服驱动器的脉冲输入端口分为开路集电极方式和差分输入方式。由于开路集电极方式的抗干扰能力比差分输入方式的差的多,所以,选型的时候尽量选取含有差分输入方式的伺服驱动器。   (2)为了尽量减少伺服驱动器在没有上位定位指令的时候将干扰信号输入,在程序设计中要在没有脉冲输入时,将伺服驱动器的“脉冲输入禁止”信号激活,这样能有效的减少干扰脉冲的输入。   (3)伺服驱动器和伺服电机之间的连线要使用屏蔽线,线缆的拨开屏蔽层的部分不能大于75mm,屏蔽层要在伺服驱动器侧可靠接地。   (4)如果条件允许,应采用伺服的速度控制模式和上位控制器构成闭环控制。 三 实例   某公司生产了一种采用简易的数控钻床,控制系统为三菱公司的Fx系列的PLC,X、Y轴为伺服电机带动丝杠进行定位控制,Z轴为液压进给方式,主轴为变频器带动普通的三相异步电动机通过减速箱控制。在实际的调试中发现定位不准确。经检查发现,该机床的伺服电机在没有脉冲指令的时候仍然存在脉冲输入,且伺服驱动器收到的脉冲数和上位控制器PLC发出的脉冲数不相等,尤其是在变频器启动的瞬间,情况更为严重。所以判断此系统存在严重的干扰。   经过以上的分析,拟在PLC的电源处增加一个输入滤波器,PLC与伺服驱动器的脉冲信号连线采用屏蔽双绞线连接,并且使这根线尽量的短;在伺服驱动器的电 源处增加一个输入滤波器;在直流电磁阀处增加续流二极管,在交流接触器处增加浪涌吸收器;信号线和动力线分别敷设在不同的走线槽中并且间隔200cm;变频器的输入端增加一个输入滤波器,把变频器和电动机的连接线改用屏蔽电缆,并且在变频器侧良好接地;修改PLC的控制程序,使伺服驱动器上的“脉冲输入禁 止”信号在上位控制器没有脉冲输出的时候就生效。   经过改进,机床的性能完全符合要求。 四 结论   要提高设备的可靠性,一方面要求PLC和伺服的生产厂家进一步提高产品的抗干扰能力;另一方面要求在工程设计、安装施工和使用维护中,多方配合才能完善解决干扰问题,有效地增强系统的抗干扰能力。
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    2013-11-6 15:26
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    这两天特别兴奋,为奇妙的想法,为感受到数学的美妙,为自己十多年来一直工作的领域如今的一点点领悟而兴奋。 接着上回讲现场存在各种各样的干扰问题。现场调试遇到这样的现实存在的干扰,刺激大脑综合各种线索,于是对于如何抗干扰,形成了豁然开朗的领悟。 LTE系统里面,同频组网。相邻小区发送的参考信号位置可能重叠,可能交叉。重叠在一起的参考信号,直接对接收端的信道估计产生干扰,而不重叠的参考信号对接收端的数据本身产生干扰。这两种情况都需要对干扰信号进行估计与重构,从接收的信号里面把他们消除掉。这样才可以做到较好的均衡结果。 而这个对参考信号进行估计与重构的算法,听起来是蛮复杂的,运算量会很高。而数学的美妙就体现出来了。为什么大学里面会讲信号与系统,数字信号分析的课程呢?其实在这里就用上了。信号的估计,用相关运算就可以了。相关运算本身运算量太大,用fft变换来做就可以了。FFT的运算量会比直接相关运算本身的小几个数量级。而OFDM系统本身就是一个时域与频域系统不断倒腾的系统,这些看似非常相似的算法,用在不同的地方,稍微调整一下,新的抗干扰算法就能衍生出来了。同时,对信号的功率,干扰的功率,信号的时偏,邻小区的时偏等估计都能同时计算出来。更细节的数学推导等就不在此赘述了。 如果芯片的架构采用SDR的架构,那么就更加美妙了。因为新的算法可以在短时间内得以实现,并立即在现网中得以验证。芯片投片的成本太高了。而SDR的架构却帮助系统设计者在算法优化与芯片开发成本之间找到了平衡。于是,更坚定自己这些年的坚持是正确的。  
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