引言
plc遠(yuǎn)程i/o通訊的抗干擾問題比較復(fù)雜，出現(xiàn)的故障現(xiàn)象也是多種多樣，令人頭痛。但產(chǎn)生的原因殊途同歸，基本上都是由沒嚴(yán)格按規(guī)范設(shè)計(jì)施工、強(qiáng)高次諧波干擾或接地系統(tǒng)的問題引起的。了解到這些，就會(huì)少走彎路。
1 簡(jiǎn)介
在工業(yè)plc控制系統(tǒng)中，遠(yuǎn)程i/o是一種高速局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際上就是以總線的方式將輸入/輸出設(shè)備和中央控制器（cpu）連接起來，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入/輸出設(shè)備的遠(yuǎn)程控制的一種解決方案。總線方式有多種，各大公司開發(fā)的產(chǎn)品各有特點(diǎn)，例如有的公司采用profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線，通訊介質(zhì)為屏蔽雙絞線，有的公司則采用75ω同軸電纜和catv介質(zhì)技術(shù)。雖然應(yīng)用的介質(zhì)各有差別，但對(duì)系統(tǒng)的要求基本一致，主要有以下幾個(gè)方面：
（1） 保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊恢滦?/FONT>
保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確高速傳輸是對(duì)遠(yuǎn)程i/o的基本要求。大部分?jǐn)?shù)據(jù)在rio處理器（在plc的前端）和rio適配器（在遠(yuǎn)程分站）之間傳送，對(duì)i/o遠(yuǎn)程分站小于1ms。
?。?） 對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格控制的可預(yù)測(cè)速度
作為一個(gè)高速局域網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程i/o必須支持時(shí)間要求很嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)合。plc采用一致性通訊方法服務(wù)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)，i/o分站總是在確定的時(shí)間范圍內(nèi)更新，在用戶邏輯程序段號(hào)的基礎(chǔ)上對(duì)該時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行計(jì)算。為保證信息不會(huì)產(chǎn)生沖突，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只在一個(gè)確定的時(shí)間范圍內(nèi)在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳送，而不是幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)同時(shí)傳送。
（3） 對(duì)系統(tǒng)要求有嚴(yán)格的抗干擾措施
這一點(diǎn)在工程的設(shè)計(jì)和實(shí)施階段顯得非常重要。因?yàn)檫h(yuǎn)程i/o連接的是設(shè)備層，而且plc與遠(yuǎn)程站之間的信息傳輸是在嚴(yán)格的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行的，因此任何干擾都有可能造成輸入輸出設(shè)備的狀態(tài)和動(dòng)作指令不能正確的傳送和執(zhí)行，從而造成系統(tǒng)誤動(dòng)作，甚至發(fā)生設(shè)備事故。
在實(shí)際應(yīng)用中，人們對(duì)遠(yuǎn)程i/o系統(tǒng)的信號(hào)干擾問題重視不夠，使得系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)試階段時(shí)對(duì)出現(xiàn)的各種干擾問題，處理起來非常頭痛。下面以施耐德公司的quantum系列遠(yuǎn)程i/o為例，闡述如何防止系統(tǒng)的干擾問題。
某燒結(jié)廠2×90m2燒結(jié)機(jī)擴(kuò)容改造工程plc控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。5套plc（1-5pc）控制系統(tǒng)分別負(fù)責(zé)原料配料，熔劑，混料，燒結(jié)，成品等工藝系統(tǒng)的檢測(cè)和控制，之間通過modbusplas總線進(jìn)行連接。每套plc帶有若干遠(yuǎn)程i/o分站，分站與主站的通訊采用了rio高速局域網(wǎng)絡(luò)（1.544mbit/slan），通訊介質(zhì)為75ω同軸電纜。
2 干擾原因的分析
該系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境比較惡劣，工藝設(shè)備中有大量的變頻器，粉塵，噪音，震動(dòng)等。該系統(tǒng)正常工作時(shí)處于連鎖運(yùn)行狀態(tài)，每臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)均取決于它的前后設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。如圖2所示，從3#圓筒到混—13皮帶，均受3pc的3#遠(yuǎn)程站控制，而這段設(shè)備的自動(dòng)啟動(dòng)和停止則由混—3皮帶和5#圓筒的狀態(tài)決定，即混—3皮帶啟動(dòng)，則3#圓筒至混—13皮帶自動(dòng)順序啟動(dòng)—;混3皮帶停機(jī)，則3#圓筒至混—13皮帶順序停機(jī)。
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在系統(tǒng)調(diào)試過程中，其3pc（燒結(jié)成品控制系統(tǒng)）的3#站控制的3#圓筒至混—13皮帶出現(xiàn)頻繁自動(dòng)啟動(dòng)/停止的現(xiàn)象。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)分析，在排除了設(shè)備本身的原因后，認(rèn)為主要是系統(tǒng)的干擾導(dǎo)致遠(yuǎn)程i/o的通訊不正常而造成的。這些干擾可能有以下原因引起：
?。?） 大量的變頻器的存在
由于系統(tǒng)工藝設(shè)備中大量的變頻器的存在，其產(chǎn)生的奇次諧波干擾非常嚴(yán)重，加上該系統(tǒng)施工時(shí)遠(yuǎn)程電纜的敷設(shè)基本沒按規(guī)范施工，不僅和電力電纜同敷在一處橋架中，而且與遠(yuǎn)程站連接的分支器、終端器等也沒有進(jìn)行專門的屏蔽處理，這可能導(dǎo)致變頻器的奇次諧波進(jìn)入遠(yuǎn)程i/o系統(tǒng)引起遠(yuǎn)程i/o的通訊錯(cuò)誤。
?。?） 該系統(tǒng)的接地也存在問題
一般的plc系統(tǒng)要求單獨(dú)接地，以避免電氣系統(tǒng)的各種干擾通過接地線進(jìn)入plc（siemens公司的控制系統(tǒng)不要求plc系統(tǒng)的接地與電氣系統(tǒng)的接地嚴(yán)格分開，但是據(jù)我查閱有關(guān)資料得知，這么做的前提是電氣系統(tǒng)的變壓器中性點(diǎn)是不能接地的）。該系統(tǒng)在施工時(shí)plc接地極和電氣接地極雖然是分別埋設(shè)的，但由于長(zhǎng)時(shí)間電氣人員日常維護(hù)時(shí)電氣線路改動(dòng)的隨意性太大，實(shí)際上兩個(gè)接地極已經(jīng)在多個(gè)節(jié)點(diǎn)連在了一起。由于2個(gè)接地極之間存在著微小的電位差，由此形成的在接地線間的電流也進(jìn)入了plc系統(tǒng)形成干擾。
?。?） 到各遠(yuǎn)程站的分支器安裝位置不合理
為了防止信號(hào)的輻射引起的干擾，分支器應(yīng)安裝在遠(yuǎn)離柜體的位置，并用專門的金屬屏蔽盒進(jìn)行屏蔽。實(shí)際上分支器均安裝在plc柜內(nèi)，而且沒有采取單獨(dú)的屏蔽措施。
?。?） 分站電纜的長(zhǎng)度不符合要求
分站電纜的長(zhǎng)度要求在2.5-50m范圍內(nèi)，太短信號(hào)會(huì)在分支器產(chǎn)生反射，這會(huì)在分站適配器中產(chǎn)生誤差;而太長(zhǎng)會(huì)造成信號(hào)衰減，同樣會(huì)產(chǎn)生信號(hào)誤差。實(shí)際上由于分支器安裝在plc柜內(nèi)，分站電纜只有1~1.5m長(zhǎng)。
?。?） 信號(hào)反射
在遠(yuǎn)程i/o的始端和末端要加裝好75ω終端電阻，以吸收末端信號(hào)的多余能量，防止造成信號(hào)反射。
制作電纜的終端接頭時(shí)，必須使用供貨廠家提供的專用工具規(guī)范化制作。同軸電纜與rio處理器、rio適配器和分支器之間的連接都必須使用專用的終端接頭，由于數(shù)量比較多，因此這一工作對(duì)于保證系統(tǒng)通訊的可靠性也是很關(guān)鍵的，任何一個(gè)位置的電纜接頭做不好，都會(huì)影響得到整個(gè)系統(tǒng)的通訊狀態(tài)。
?。?） 產(chǎn)生干擾的其它原因。
例如無線通訊（手機(jī)、對(duì)講機(jī)等）引起的干擾、供電電網(wǎng)波動(dòng)引起的干擾等。
由于以上各種干擾的存在，使得3pc的cpu主站和3#遠(yuǎn)程站的通訊處于時(shí)斷時(shí)續(xù)的狀態(tài)。在通訊中斷的時(shí)段內(nèi)，3#站的3#圓筒至混—13皮帶由于收不到混—3皮帶的運(yùn)行信息而誤使3#皮帶停機(jī)，引起3#圓筒至混—13皮帶自動(dòng)順序停車。當(dāng)通訊恢復(fù)以后，3#皮帶的運(yùn)行信息被正常接收，3#圓筒至混—13皮帶又重新自動(dòng)啟動(dòng)。由此形成了該段工藝設(shè)備頻繁自動(dòng)啟動(dòng)/停止的現(xiàn)象。
3 排除干擾的措施
采取的措施：經(jīng)過認(rèn)真分析，作者認(rèn)為雖然存在著以上這么多的可能性，造成遠(yuǎn)程i/o系統(tǒng)干擾的原因主要有2個(gè)方面：變頻系統(tǒng)干擾和系統(tǒng)接地。因此從這2方面入手采取以下措施：
（1） 變頻系統(tǒng)干擾采取的措施
·將遠(yuǎn)程i/o同軸電纜與電力電纜及控制電纜徹底分開，單獨(dú)敷設(shè)，并全部采用穿管敷設(shè);
·電纜路由盡量遠(yuǎn)離變頻器等高頻干擾源;
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·所有的分支器由原來的plc柜內(nèi)安裝移到遠(yuǎn)離柜體的位置單獨(dú)安裝，并用專門的金屬屏蔽盒進(jìn)行屏蔽;
·分站電纜的長(zhǎng)度統(tǒng)一取3m長(zhǎng)
這一點(diǎn)一般的設(shè)計(jì)人員容易疏忽，一般都把分支器設(shè)計(jì)在plc柜內(nèi)安裝，分支器與plc機(jī)架的距離很小，它們之間的連接電纜也就在1m左右，這就容易造成信號(hào)反射。
·在遠(yuǎn)程i/o的始端和末端重新加裝75ω終端電阻。
?。?） 重新設(shè)計(jì)布置接地系統(tǒng)
·接地極采用2塊900×900×3的紫銅板，埋深2.5m;
·接地線采用70mm2的多股軟銅線;
·所有的plc機(jī)架及plc接地端子均用絕緣板做到與柜體良好絕緣;
·系統(tǒng)接地電阻必須小于4ω（實(shí)測(cè)1.24ω）;
·通訊電纜選在rio處理器端單端接地，接地端為離rio處理器最近的分支器。
采取了以上措施后，該系統(tǒng)的plc遠(yuǎn)程i/o通訊恢復(fù)正常。系統(tǒng)運(yùn)行至今一年多，整個(gè)plc系統(tǒng)再?zèng)]有出現(xiàn)類似的故障現(xiàn)象。
4 結(jié)束語
plc遠(yuǎn)程i/o通訊的抗干擾問題比較復(fù)雜，出現(xiàn)的故障現(xiàn)象也是多種多樣，令人頭痛。但產(chǎn)生的原因殊途同歸，基本上都是由沒嚴(yán)格按規(guī)范設(shè)計(jì)施工、強(qiáng)高次諧波干擾或接地系統(tǒng)的問題引起的。了解到這些，就會(huì)少走彎路。
（轉(zhuǎn)載）
