引言

基于 PLC 的自动配料系统在进行改造后，主要由 PLC、变频器、称重仪表等低压电气设备组成，为了提高系统在饲料加工中的配料精度和机电控制部分的可靠性。在基于 PLC 的自动配料系统的安装、 调试过程采取了一系列的抗干扰措施，以保证饲料产品的配料精度、提高劳动生产率、增加企业的经济效益。

1 PLC 的抗干扰措施

由于系统中的 PLC 处于强电电路与弱电设备所形成的恶劣环境中，电磁干扰特别强，要提高PLC 的可靠性，一是要在硬件上采取措施，二是要在软件上设计相应的保护程序。

1.1 硬件措施

1.1.1对电源的处理

电源是干扰进入 PLC 的主要途径之一，其主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的。为此采用了如下抗干扰措施：

1.1.1.1 采用隔离变压器

隔离变压器的初级和次级之间采用隔离屏蔽层，屏蔽层要良好的接地，次级的连接线要使用双绞线（减少电源线间干扰），隔离变压器的初级绕组和次级绕组应分别加屏蔽层，初级的屏蔽层接交流电网的零线；次级的屏蔽层和初、次级屏蔽层接至直流地端。

1.1.1.2 采用交流稳压电源

交流稳压电源是为了抑制电网中电压的波动，是在隔离变压器之后设置的。在选择交流稳压器时，一般可按实际最大需求容量的 130%计算。这样可以保证稳压特性，有有助于稳压器工作可靠。

1.1.1.3 采用 UPS 电源

由于系统的实时控制，突然断电的后果不堪设想。因此，受 UPS 电源容量的限制，将 UPS 的供电范围保证在 PLC 主机、通信模板、远程 I/O站的各个机架上和 PLC 系统相关的外部设备上。

1.1.1.4 使用电源滤波器

电源滤波器具有良好的共模滤波、差模滤波性能和高频干扰抑制性能，能有效地抑制线与线间和线与地之间的干扰。它在使用中应注意以下几点：

(1)滤波器应尽量靠近设备交流电入口处安装，应使未经过滤波器的交流电源线在设备内尽量短；

(2)滤波器中的电容器引线应尽可能的短， 以免引线感抗和容抗在较低频率上产生谐振；

(3)滤波器接地线上有大的电流流过， 会产生电磁辐射，应对滤波器进行较好的接地和屏蔽；

(4)滤波器的输入线和输出线不能捆扎在一起，在布线时应尽量增大其间距，以减少它们之间的耦合，可加隔板或屏蔽层。

1.1.1.5 使用直流电源

使用 220V 直流电源（蓄电池）给 PLC供电，可显著减少来自交流电源的干扰。

本自动配料系统采用的是 FX2N 系列的 PLC，其电源输入端内有一个直接对 220V 交流电源整流的二极管整流桥，交流电压经整流后送给 PLC内的开关电源。由于开关电源的输入电压的范围很宽，其也可以使用 220V 的直流电源。使用交流电源时，整流桥的每只二极管只承受一半的负载电流。使用直流电源时，有两只二极管承受全部负载电流。考虑到 PLC 的电源输入电流很小，在设计时整流二极管一般均留有较大的裕量，如使用直流 220V 电源电压不会有什么问题。 经过长期工业运行，已证明上述方案是可行的。

1.1.2对感性负载的处理

PLC 的输入、输出端接有电感性断电元件时，会产生很大的自感电动势， 当电路接通或断开时，其触点处将产生电弧，严重时，发生触点烧结。因此，要在电感线圈上并联一个续流二极管（直流）或阻容电路(交流)。如图 1 和图 2 所示。

一般电路中的电阻可选取 51-120Ω，电容可选取 0.1-0.47μF,电压应大于峰值电压。续流二极管可选取 1A 的管子， 其额定电压应大于电源电压的 3 倍。为减少电动机和电力变压器投切时产生的干扰， 可在电源的输入端设浪涌电流吸收器。

1.1.3 PLC 系统安装与布线时的抗干扰措施

PLC 各部分的组成和系统连接及装配方法严格按照说明书上安装要求进行是保证系统可靠运行的基本条件。

1.1.3.1 PLC 控制系统的布线

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， 严禁用同一电缆内的不同导线同时传送动力电源和控制信号，避免信号线与动力电缆靠近平行敷设，以减少电磁干扰。 施工时应注意将动力电缆和控制电缆分开。同时，还要注意尽量把 PLC 电源线、I/O 电源线、输入信号线、输出信号线、交流线、直流线分别使用各自的电缆，且尽量分开布线。开关量信号线和模拟量信号线也应尽量分开布线，且模拟量信号线应采用屏蔽电缆，并将屏蔽层接地。

当动力电缆超过 10A/400V 或 20A/220V，若要求与输入输出电缆并行放置，那么在两者之间至少相隔 300 mm。如果将它们放在一个槽内时，它们之间必须间隔 100 mm 以上，且一定要用接地的金属屏蔽起来。特别注意的是 PLC 的基本单元与扩展单元之间的电缆是传送电压低的高频信号，很易受到干扰。因此，不能将它与其他电缆设在同一管道内。另外，使用的电缆应是截面积小于 1.5mm2 的屏蔽电缆。最好使用电缆管敷设电缆。使用排线槽时，长度要足以包含全部的输入输出连线，并与其它电缆分开。

1.1.3.2 电源接线和地线接线

要合理布置电源线，强电与弱电要严格分开，且弱电电源线要尽量加屏蔽层。

接地在消除干扰上起很大的作用。PLC 与强电设备最好分别使用接地装置，接地线的截面积应大于 2 mm2 ，接地点与 PLC 的距离应小于 50m。为防止不同信号回路接地线上的电流引起交叉干扰，必须分系统（以控制屏为单位）将弱电信号的内部地线接通。然后各自用规定面积的导线统一引到接地网络的同一点，从而实现控制系统的一点接地。

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最好置悬浮方式。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。

在采用外部传感器的系统中，距离较远时，一定要保证外部设备与 PLC 控制系统的可靠独立接地，或者选用传感器外壳不与控制屏蔽层连接的传感器，在 PLC 控制系统侧实施一点接地；距离较近时，可采用公共接地母排接地，保证传感器与控制设备接地点之间电位差近似为零，从而消除环流形成的干扰。

1.2 软件措施

只采用硬件措施不能完全消除干扰的影响，必须用软件措施加以配合以取得较好的抗干扰效果。这些措施不需要增加硬件投入，简便易行。

1.2.1延时确认

对于开关量输入，可采用软件延时 20ms，对同一信号作两次或两次以上读入，结果一致才确认输入有效。

1.2.2封锁干扰

某些干扰是可以预知的，如 PLC 的输出命令使执行机构（大功率的电动机、电磁铁）动作，常常会伴随产生火花、电弧等干扰信号，这些干扰信号可能使 PLC 接收错误的信息。在容易产生这些干扰的时间内，可用软件封锁 PLC 的某些输入信号，在干扰易发期过后，再取消封锁。

1.2.3故障诊断与检测

PLC 的可靠性很高，本身具有完善的自诊断功能，PLC 若出现故障，借助自诊断程序可以方便地找到故障的部位与部件，更换后就可以恢复正常工作。

1.2.4超时检测

机械设备在各自工步的动作所需的时间一般是不变的，即使变化也不会太大，因此可以以这些时间为参考，在 PLC 发出输出信号，相应的外部执行机构开始动作时启动一个定时器定时，定时器的设定值比正常情况下该动作的持续时间长20%左右。 若该执行机构的动作时间超过对应定时器的设定时间，PLC 还没有接收到动作结束信号，定时器的延时接通常开触点发出故障信号，该故障停止正常的循环程序，启动报警和故障显示程序，使操作人员和维修人员能迅速判别故障的种类，及时采取排除故障的措施。

1.2.5逻辑错误检测

在系统正常运行时，PLC 的输入/输出信号和内部的信号（如辅助继电器的状态）相互之间存在着确定的关系，如出现异常的逻辑信号，则说明出现了故障。因此，可以编制一些常见故障的异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为 ON 状态，就应该按故障处理。

2 称重显示控制仪抗干扰措施

由于称重显示控制仪直接影响配料系统的控制精度。因此，应该尽量降低称重仪表所受到的干扰，以提高系统的配料精度。

称重仪表在安装时，采取了下列措施能减小或消除干扰。

(1)仪表输入信号电缆采用屏蔽电缆， 屏蔽层接到仪表输入屏蔽端。并尽量与 100V 以上的动力线分开。

(2)仪表供电与感性负载（如交流接触器）供电尽量分开（如图 3 所示） 。

(3)在感性负载的控制接点并联 RC 火花吸收电路。

(4)适当设置仪表的数字滤波时间常数。

3 变频器抗干扰措施

由于变频器直接控制配料系统喂料器的送料速度，而送料速度影响系统的配料精度。因此，对变频器进行硬件连接时，采取了下列措施能减小或消除干扰。

3.1 变频器系统的抗干扰措施

3.1.1隔离

(1)将所有的信号线很好的绝缘，使其不漏电，这样防止由于接触引起的干扰；

(2)将不同种类的信号线隔离敷设；

(3)模拟量输入信号应采用屏蔽双绞线连接，且这些信号线必须单独占用电线管或电缆槽，不可以与其他信号在同一电缆管（槽）中敷设；

(4)低电平的开关信号、 数据通信电路也要采用屏蔽双绞线连接，单独走线，不可与动力线和大负载信号线在一起平行敷设；

(5)高电平（或大电流）的开关量的输入输出及其他继电器输入输出信号采用双绞线连接，也单独敷设在电缆管（槽）中；

(6)在电源线上通常采用隔离变压器以免传导干扰。

3.1.2屏蔽

变频器的输出线最好用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变压器时，要求信号尽可能短（用一般为 20m 以内） ，且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路的输入输出线及控制线完全分离，绝不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。

3.1.3滤波

在电源输入端加装电源滤波器。为抑制变频器输入侧的谐波电流，改善功率因数，可在变频器输入端加装交流电抗器。为改善变频器输出电流，减少电动机噪声，可在变频器输出端加装交流电抗器。

3.1.4接地

(1)保护接地： 将变频器的金属外壳与地之间作很好的电气连接，使机壳与地等电位，并防止静电的积累。

(2)工作接地：变频器本身有专用接地端子PE 端，可用较粗的短线一端接到接地端子 PE 端，另一端与接地极相连，接地电阻应小于 1Ω，接地线长度在 20m 以内，并注意合理选择接地极的位置。

3.2 变频系统中的共模噪声及抑制

3.2.1减弱噪声源

在变频器输出侧加装共模扼流线圈是一种经济有效的方法。

3.2.2噪声屏蔽

(1)三相四线电缆： 变频器与电动机间采用三相四线电缆，并排放在电缆导管中。电缆导管的两端分别接到变频器的外壳和电动机接线盒，电缆中的中线分别接到变频器的 PE 端子和电动机的地接线端子；

(2)屏蔽电力电缆。

3.3 谐波干扰的抑制

(1)变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器，切断谐波电流；

(2)在变频器前侧安装线路电抗器， 可抑制电源侧过电压，并能降低由变频器产生的电流畸变，避免使主电源受到严重干扰；

(3)电动机和变频器之间的电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆，并与其他弱电信号在不同的电缆沟内分别敷设，避免辐射干扰；

(4)信号线采用屏蔽电缆传输， 且布线时与变频器主回路控制线错开一定距离（至少 20m 以上） ，切断辐射干扰；

(5)变频器使用专用接地线，且用粗短线接地，邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开。这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。

结语

正是由于采用了以上这些措施，使得自动配料系统的工作精度、安全性和稳定性、可靠性显著提高，保证了饲料的营养成分的有效利用。同时，提高了劳动生产率，减轻了工人的劳动强度，降低了成本，增加了企业的经济效益。

 

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