引言

基於 PLC 的自動配料係統在進行改造後，主要由 PLC、變頻器、稱重儀表等低壓電氣設備組成，為了提高係統在飼料加工中的配料精度和機電控製部分的可靠性。在基於 PLC 的自動配料係統的安裝、 調試過程采取了一係列的抗幹擾措施，以保證飼料產品的配料精度、提高勞動生產率、增加企業的經濟效益。

1 PLC 的抗幹擾措施

由於係統中的 PLC 處於強電電路與弱電設備所形成的惡劣環境中，電磁幹擾特別強，要提高PLC 的可靠性，一是要在硬件上采取措施，二是要在軟件上設計相應的保護程序。

1.1 硬件措施

1.1.1對電源的處理

電源是幹擾進入 PLC 的主要途徑之一，其主要是通過供電線路的阻抗耦合產生的。為此采用了如下抗幹擾措施：

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（減少電源線間幹擾），隔離變壓器的初級繞組和次級繞組應分別加屏蔽層，初級的屏蔽層接交流電網的零線；次級的屏蔽層和初、次級屏蔽層接至直流地端。

1.1.1.2 采用交流穩壓電源

交流穩壓電源是為了抑製電網中電壓的波動，是在隔離變壓器之後設置的。在選擇交流穩壓器時，一般可按實際最大需求容量的 130%計算。這樣可以保證穩壓特性，有有助於穩壓器工作可靠。

1.1.1.3 采用 UPS 電源

由於係統的實時控製，突然斷電的後果不堪設想。因此，受 UPS 電源容量的限製，將 UPS 的供電範圍保證在 PLC 主機、通信模板、遠程 I/O站的各個機架上和 PLC 係統相關的外部設備上。

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幹擾抑製性能，能有效地抑製線與線間和線與地之間的幹擾。它在使用中應注意以下幾點：

(1)濾波器應盡量靠近設備交流電入口處安裝，應使未經過濾波器的交流電源線在設備內盡量短；

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

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

(4)濾波器的輸入線和輸出線不能捆紮在一起，在布線時應盡量增大其間距，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幹擾。

本自動配料係統采用的是 FX2N 係列的 PLC，其電源輸入端內有一個直接對 220V 交流電源整流的二極管整流橋，交流電壓經整流後送給 PLC內的開關電源。由於開關電源的輸入電壓的範圍很寬，其也可以使用 220V 的直流電源。使用交流電源時，整流橋的每隻二極管隻承受一半的負載電流。使用直流電源時，有兩隻二極管承受全部負載電流。考慮到 PLC 的電源輸入電流很小，在設計時整流二極管一般均留有較大的裕量，如使用直流 220V 電源電壓不會有什麽問題。 經過長期工業運行，已證明上述方案是可行的。

1.1.2對感性負載的處理

PLC 的輸入、輸出端接有電感性斷電元件時，會產生很大的自感電動勢， 當電路接通或斷開時，其觸點處將產生電弧，嚴重時，發生觸點燒結。因此，要在電感線圈上並聯一個續流二極管（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,電壓應大於峰值電壓。續流二極管可選取 1A 的管子， 其額定電壓應大於電源電壓的 3 倍。為減少電動機和電力變壓器投切時產生的幹擾， 可在電源的輸入端設浪湧電流吸收器。

1.1.3 PLC 係統安裝與布線時的抗幹擾措施

PLC 各部分的組成和係統連接及裝配方法嚴格按照說明書上安裝要求進行是保證係統可靠運行的基本條件。

1.1.3.1 PLC 控製係統的布線

不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應按傳輸信號種類分層敷設， 嚴禁用同一電纜內的不同導線同時傳送動力電源和控製信號，避免信號線與動力電纜靠近平行敷設，以減少電磁幹擾。 施工時應注意將動力電纜和控製電纜分開。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。開關量信號線和模擬量信號線也應盡量分開布線，且模擬量信號線應采用屏蔽電纜，並將屏蔽層接地。

當動力電纜超過 10A/400V 或 20A/220V，若要求與輸入輸出電纜並行放置，那麽在兩者之間至少相隔 300 mm。如果將它們放在一個槽內時，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 的基本單元與擴展單元之間的電纜是傳送電壓低的高頻信號，很易受到幹擾。因此，不能將它與其他電纜設在同一管道內。另外，使用的電纜應是截麵積小於 1.5mm2 的屏蔽電纜。最好使用電纜管敷設電纜。使用排線槽時，長度要足以包含全部的輸入輸出連線，並與其它電纜分開。

1.1.3.2 電源接線和地線接線

要合理布置電源線，強電與弱電要嚴格分開，且弱電電源線要盡量加屏蔽層。

接地在消除幹擾上起很大的作用。PLC 與強電設備最好分別使用接地裝置，接地線的截麵積應大於 2 mm2 ，接地點與 PLC 的距離應小於 50m。為防止不同信號回路接地線上的電流引起交叉幹擾，必須分係統（以控製屏為單位）將弱電信號的內部地線接通。然後各自用規定麵積的導線統一引到接地網絡的同一點，從而實現控製係統的一點接地。

交流地線、直流地線、模擬地和數字地等必須分開。數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，有條件可采用環形地線。

在采用外部傳感器的係統中，距離較遠時，一定要保證外部設備與 PLC 控製係統的可靠獨立接地，或者選用傳感器外殼不與控製屏蔽層連接的傳感器，在 PLC 控製係統側實施一點接地；距離較近時，可采用公共接地母排接地，保證傳感器與控製設備接地點之間電位差近似為零，從而消除環流形成的幹擾。

1.2 軟件措施

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

1.2.1延時確認

對於開關量輸入，可采用軟件延時 20ms，對同一信號作兩次或兩次以上讀入，結果一致才確認輸入有效。

1.2.2封鎖幹擾

某些幹擾是可以預知的，如 PLC 的輸出命令使執行機構（大功率的電動機、電磁鐵）動作，常常會伴隨產生火花、電弧等幹擾信號，這些幹擾信號可能使 PLC 接收錯誤的信息。在容易產生這些幹擾的時間內，可用軟件封鎖 PLC 的某些輸入信號，在幹擾易發期過後，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，更換後就可以恢複正常工作。

1.2.4超時檢測

機械設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 發出輸出信號，相應的外部執行機構開始動作時啟動一個定時器定時，定時器的設定值比正常情況下該動作的持續時間長20%左右。 若該執行機構的動作時間超過對應定時器的設定時間，PLC 還沒有接收到動作結束信號，定時器的延時接通常開觸點發出故障信號，該故障停止正常的循環程序，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

在係統正常運行時，PLC 的輸入/輸出信號和內部的信號（如輔助繼電器的狀態）相互之間存在著確定的關係，如出現異常的邏輯信號，則說明出現了故障。因此，可以編製一些常見故障的異常邏輯關係，一旦異常邏輯關係為 ON 狀態，就應該按故障處理。

2 稱重顯示控製儀抗幹擾措施

由於稱重顯示控製儀直接影響配料係統的控製精度。因此，應該盡量降低稱重儀表所受到的幹擾，以提高係統的配料精度。

稱重儀表在安裝時，采取了下列措施能減小或消除幹擾。

(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。並盡量與 100V 以上的動力線分開。

(2)儀表供電與感性負載（如交流接觸器）供電盡量分開（如圖 3 所示） 。

(3)在感性負載的控製接點並聯 RC 火花吸收電路。

(4)適當設置儀表的數字濾波時間常數。

3 變頻器抗幹擾措施

由於變頻器直接控製配料係統喂料器的送料速度，而送料速度影響係統的配料精度。因此，對變頻器進行硬件連接時，采取了下列措施能減小或消除幹擾。

3.1 變頻器係統的抗幹擾措施

3.1.1隔離

(1)將所有的信號線很好的絕緣，使其不漏電，這樣防止由於接觸引起的幹擾；

(2)將不同種類的信號線隔離敷設；

(3)模擬量輸入信號應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；

(4)低電平的開關信號、 數據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載信號線在一起平行敷設；

(5)高電平（或大電流）的開關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幹擾。

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製變壓器時，要求信號盡可能短（用一般為 20m 以內） ，且信號線采用雙芯屏蔽，並與主電路的輸入輸出線及控製線完全分離，絕不能放於同一配管或線槽內，周圍電子敏感設備線路也要求屏蔽。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。為抑製變頻器輸入側的諧波電流，改善功率因數，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，使機殼與地等電位，並防止靜電的積累。

(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，接地電阻應小於 1Ω，接地線長度在 20m 以內，並注意合理選擇接地極的位置。

3.2 變頻係統中的共模噪聲及抑製

3.2.1減弱噪聲源

在變頻器輸出側加裝共模扼流線圈是一種經濟有效的方法。

3.2.2噪聲屏蔽

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

(2)屏蔽電力電纜。

3.3 諧波幹擾的抑製

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

(2)在變頻器前側安裝線路電抗器， 可抑製電源側過電壓，並能降低由變頻器產生的電流畸變，避免使主電源受到嚴重幹擾；

(3)電動機和變頻器之間的電纜應穿鋼管敷設或用鎧裝電纜，並與其他弱電信號在不同的電纜溝內分別敷設，避免輻射幹擾；

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

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

結語

正是由於采用了以上這些措施，使得自動配料係統的工作精度、安全性和穩定性、可靠性顯著提高，保證了飼料的營養成分的有效利用。同時，提高了勞動生產率，減輕了工人的勞動強度，降低了成本，增加了企業的經濟效益。

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