安阳西门子专业授权总代理商

　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，有的是分散安装在生产现场的各单机设备上，虽然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，但PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置，在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，故具有较强的适应恶劣工业环境 的能力、运行稳定性和较高的可*性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用，但是由于它直接和现场的I/O设备相连，外来干扰很容易通 过电源线 或I/O传输线侵入，从而引起控制系统的误动作。PLC受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。在实际的生产环境下，外部干扰是随机的，与系统结构无关，且 干扰源是无法消除的，只能针对具体情况加以限制;内部干扰与系统结构有关，主要通过系统内交流主电路，模拟量输入信号等引起，可合理设计系统线路来削弱和 抑制内部干扰和防止外部干扰。要提高PLC控制系统的可*性，就要从多方面提高系统的抗干扰能力。

　　分析硬件电路，提出硬件抗干扰措施

　　1、PLC控制系统的安装和使用环境

　　PLC是专为工业控制设计的，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。但是在PLC控制系统中，如果环境过于恶劣，或安装使用不当，会 降低系统的可*性。PLC使用环境温度通常在0℃ ～55℃范围内，应避免太阳光直接照射，安装位置应远离发热量大的器件，同时应保证有足够大的散热空间和通风条件。环境湿度一般应小于85%，以保证 PLC有良好的绝缘。在含有腐蚀性气体、浓雾或粉尘的场合，需将PLC封闭安装。此外，如果PLC安装位置有强烈的振动源，系统的可*性也会降低，所以应 采取相应的减振措施。

　　2 、PLC的电源与接地

　　PLC本身的抗干扰能力一般都很强。通常，只能将PLC的电源与系统的动力设备电源分开配线，对于电源线来的干扰，一般都有足够强的抑制能力。但是， 如果遇上特殊情况，电源干扰特别严重，可加接一个带屏蔽层的隔离变压器以减少设备与地之间的干扰，提高系统的可*性。如果一个系统中含有扩展单元，则其电 源必须与基本单元共用一个开关控制，也就是说，它们的上电与断电必须同时进行。良好的接地是保证PLC安全可*运行的重要条件。

　　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控制系统抗干扰的重要措施之一。接地在消除干扰上起很大的作用。这 里的接地是指决定系统电位的地，而不是信号系统归路的接地。在PLC控制系统中有许多悬浮的金属架，它们是惧空中干扰的空中线，需要有决定电位的地线。交 流地是PLC控制系统供电所必需的，它通过变压器中心点构成供电两条回路之一。这条回路上的电流、各种谐波电流等是个严重的干扰源。因此交流地线、直流地 线、模拟地和数字地等必须分开。数字地和模拟地的共点地好置悬浮方式。地线各点之间的电位差尽可能小，尽量加粗地线，有条件可采用环形地线。系统地端子 (LG)是抗干扰的中性端子，通常不需要接地，可是，当电磁干扰比较严重时，这个端子需与接大地的端子(GR)连接。

　　3 、PLC的输入、输出设备

　　输入电路是PLC接受开关量、模拟量等输入信号的端口，其元器件质量的优劣、接线方式及是否牢*也是影响控制系统可*性的重要因素。以开关量输入为 例，按钮、行程开关的触点接触要保持在良好状态，接线要牢固可*。机械限位开关是容易产生故障的元件，设计时，应尽量选用可*性高的接近开关代替机械限位 开关。此外，按钮触点的选择也影响到系统的可*性。在设计电路时，应尽量选用可*性高的元器件，对于模拟量输入信号来说，常用的有4～20mA、 0～20mA直流电流信号;0～5V、0～10V直流电压信号，电源为直流24V。

　　对于开关量输出来说，PLC的输出有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出三种形式，具体选择哪种形式的输出应根据负载要求来决定，选择不当会使系统 可*性降低，严重时导致系统不能正常工作。如晶闸管输出只能用于交流负载，晶体管输出只能用于直流负载。此外，PLC的输出端子带负载能力是有限的，如果 超过了规定的大限值，必须外接继电器或接触器，才能正常工作。外接继电器、接触器、电磁阀等执行元件的质量，是影响系统可*性的重要因素。常见的故障有 线圈短路、机械故障造成触点不动或接触不良。这一方面可以通过选用高质量的元器件来提高可*性，另一方面，在对系统可*性及智能化要求较高的场合，可以根 据电路中电流异常的情况对输出单元的一些重点部位进行诊断，当检测到异常信号时，系统按程序自动转入故障处理，从而提高系统工作的可*性。若PLC输出端 子接有感性元件，则应采取相应的保护措施，以保护PLC的输出触点。

　　为了防止或减少外部配线的干扰，交流输入、输出信号与直流输入、输出应分别使用各自的电缆;对于集成电路或晶体管设备的输入、输出信号线、必须使用屏 蔽电缆，屏蔽电缆在输入、输出侧悬空，而在控制侧接地。

　　软件抗干扰措施

　　硬件抗干扰措施的目的是尽可能地切断干扰进入控制系统，但由于干扰存在的随机性，尤其是在工业生产环境下，硬件抗干扰措施并不能将各种干扰完全拒之门 外，这时，可以发挥软件的灵活性与硬件措施相结合来提高系统的抗干扰能力。

　　1、利用"看门狗"方法对系统的运动状态进行监控

　　PLC内部具有丰富的软元件，如定时器、计数器、辅助继电器等，利用它们来设计一些程序，可以屏蔽输入元件的误信号，防止输出元件的误动作。在设计应 用程序时，可以利用"看门狗"方法实现对系统各组成部分运行状态的监控。如用PLC控制某一运动部件时，编程时可定义一个定时器作"看门狗"用，对运动部 件的工作状态进行监视。定时器的设定值，为运动部件所需要的大可能时间。在发出该部件的动作指令时，同时启动"看门狗"定时器。若运动部件在规定时间内 达到指定位置，发出一个动作完成信号，使定时器清零，说明监控对象工作正常;否则，说明监控对象工作不正常，发出报警或停止工作信号。

　　2 、消抖

　　在振动环境中，行程开关或按钮常常会因为抖动而发出误信号，一般的抖动时间都比较短，针对抖动时间短的特点，可用PLC内部计时器经过一定时间的延 时，得到消除抖动后的可*有效信号，从而达到抗干扰的目的。

　　3 、用软件数字滤波的方法提高输入信号的信噪比

　　为了提高输入信号的信噪比，常采用软件数字滤波来提高有用信号真实性。对于有大幅度随机干扰的系统，采用程序限幅法，即连续采样五次，若某一次采样值 远远大于其它几次采样的幅值，那么就舍去之。对于流量、压力、液面、位移等参数，往往会在一定范围内频繁波动，则采用算术平均法。即用n次采样的平均值来 代替当前值。一般认为：流量n= 12，压力n=4合适。对于缓慢变化信号如温度参数，可连续三次采样，选取居中的采样值作为有效信号。对于具有积分器A/D转换来说，采样时间应取工频 周期(20ms)的整数倍。实践证明其抑制工频干扰能力超过单纯积分器的效果。

　1、工作原理

　　1.1变频器工作原理

　　主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。

　　1.2PLC工作原理

　　PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

　　PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式：⑴每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新；⑵输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入；⑶一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新；⑷元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。⑸扫描周期的长短由三条决定：①CPU执行指令的速度；②指本身占有的时间；③指令条数，现在的PLC扫描速度都是非常快的。⑹由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。

　　2、配置组成

　　2.1系统组成

　　该系统由可编程控制器（PLC）、输出继电器以及触摸屏监控画面组成。

　　2.2硬件组成

　　以西门子公司生产的可编程控制器（PLC）为主控设备，本系统硬件型号如下：

　　电源模块：6ES7307-1EA01-0AA0

　　CPU模块：6ES7314-1AG14-0AB0

　　以太网通讯模块：6GK7343-1CX10-0XE0

　　开关量输入：6ES7321-1BH02-4AA1

　　开关量输出：6ES7322-1BH01-4AA1

　　模拟量输入：6ES7331-1KF02-4AB1（8通道）

　　模拟量输出：6ES7332-5HF00-4AB1（8通道）

　　输出继电器：欧姆龙DC24V

　　2.3软件组成

　　系统的软件是由编程软件STEP7，组态软件wincccomfort。本系统触摸屏画面是用西门子公司的wincccomfort画成，系统主要由以下画面组成：主画面、一次网参数总览、二次网参数总览、循环泵补水泵操作、调节阀控制、系统画面、清零操作、巡检记录、内部参数。

　　3、功能介绍

　　3.1变频器功能

　　传统的换热站内二次网循环泵都是以孔板或者阀门调节来控制泵出口流量及压力，对设备损耗、电能的浪费以及人力要求很高。对外部流量的调节造成很大的困扰。

　　变频器的使用可以选择根据外部要求进行简易调节，通过设置频率达到控制循环泵的转速，进而达到控制泵出口流量及频率或者通过压差控制方式控制泵的出力，达到节能（节电）的效果。

　　传统的换热站内二次网补水泵的控制方式都是以压力指针判断泵的启停，频繁的操作造成设备的损耗及人力的浪费。变频器对补水泵的使用是以恒压控制方式控制，当补水压力即循环泵入口压力低时进行补水，恢复需要压力时停泵。以大连大发供热公司一年的采暖期为比较，使用变频前与使用后作为比较，节约电能20%—40%。

　　3.2PLC功能

　　PLC系统主要针对换热站相关设备进行设备控制，数据采集控制，及监视等。换热站系统控制设备一般有：循环泵、补水泵，以及调节流量的调节阀等。显示温度、压力、流量等各种参数。

　　远程控制循环泵以及补水泵的启停、手动控制调节阀的开度、自动定压补水、调节阀自动定温调节开度、循环泵自动定温调节频率、考察看站人员的工作情况。PLC的选用可以实现工艺控制的自动化，由CPU、输入/输出模块接收测量信号（如温度，压力，流量等转化来的电信号）、远程扫描模块、中间继电器、光电转换模块等组成，通过专用软件编程（梯形图或语言命令），利用网络（以太网或局域网等）实现对执行元件（如阀门的开闭，马达的启停，调速等）的控制来达到供热平衡的目的。

　　4、结束语

　　变频器结合PLC在换热站的应用，在集中供热行业已经形成一种趋势，并且日趋完善。这种自动控制系统的应用，在节约电能、降低运行成本的同时，依靠其简易、稳定的运行已经慢慢为广大供热企业所接受。