PLC程控系統(tǒng)抗干擾技術(shù)分析

摘 要：當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展背景下，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平一直在迅猛提升，各類科學(xué)技術(shù)手段開始融入到各行各業(yè)之中，極大地推動(dòng)了行業(yè)的發(fā)展，為各個(gè)領(lǐng)域帶來了極大的經(jīng)濟(jì)效益。基于此，筆者針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化中常用的PLC程控系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)進(jìn)行了分析，而后提出了相關(guān)建議，以下為詳述。

關(guān)鍵詞：PLC程控系統(tǒng)；干擾分析；抗干擾技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.113

可編程控制器在傳統(tǒng)的順序控制器層面融入了微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、以及通訊技術(shù)，形成了一套新式的工業(yè)控制裝置，逐步構(gòu)建了一個(gè)系統(tǒng)化的柔性程控系統(tǒng)。PLC控制技術(shù)在未來將引領(lǐng)工業(yè)自動(dòng)化控制的潮流，各種不同種類型的PLC會(huì)應(yīng)用在各類自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，但它們所處的工作環(huán)境可能為強(qiáng)電電路造成的惡劣電磁環(huán)境，同時(shí)還具有強(qiáng)腐蝕性以及劇烈震動(dòng)等。例如，安裝在火電廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的就地箱體中，或者安裝在高壓配電間的大電流運(yùn)行電氣設(shè)備旁，這些環(huán)境都無法確保PLC系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。因此，PLC程控系統(tǒng)只有具備了較強(qiáng)的抗干擾性能，才能使其達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行、精準(zhǔn)控制的目的。PLC程控系統(tǒng)抗干擾技術(shù)應(yīng)當(dāng)具備一定的便捷性、適應(yīng)性、以及有效的抗干擾性，同時(shí)它的軟件實(shí)現(xiàn)方式也應(yīng)較為簡(jiǎn)潔，以便在工業(yè)控制領(lǐng)域中得以充分應(yīng)用。對(duì)此，筆者基于PLC程控系統(tǒng)抗干擾技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)化的分析。

1 PLC程控系統(tǒng)的干擾因素分析

PLC程控系統(tǒng)的干擾因素主要可分為以下三點(diǎn)：

（1）PLC供電電源干擾。從電源干擾層面進(jìn)行分析，可總結(jié)為射頻干擾以及電壓波動(dòng)，這種干擾可由電源引入至PLC裝置中。

（2）PLC輸入輸出信號(hào)干擾。從傳輸線路的干擾層面進(jìn)行分析，電源線和信號(hào)線兩者間可能會(huì)因寄生電容而出現(xiàn)靜電耦合效應(yīng)，或是因布線間的互感而出現(xiàn)磁場(chǎng)耦合的干擾問題。

（3）PLC系統(tǒng)接地布置混亂。因單點(diǎn)接地、多點(diǎn)串聯(lián)接地、多點(diǎn)并聯(lián)接地方式混用，或接地不良而導(dǎo)致干擾。

2 PLC程控系統(tǒng)的干擾問題分析

2.1 對(duì)于信號(hào)線引入的干擾問題分析

PLC控制系統(tǒng)所連接的信號(hào)傳輸線體現(xiàn)出了一定的繁雜性，除了有效的信息數(shù)據(jù)以外，還會(huì)對(duì)干擾信號(hào)的信息進(jìn)行傳輸，而后侵入到系統(tǒng)之中。這種干擾主要有兩種方式，其一為現(xiàn)場(chǎng)變送器的電源供電、信號(hào)儀表供電過程中所引發(fā)的電網(wǎng)干擾問題。其二為信號(hào)線受到空間范圍內(nèi)的電磁輻射所引起的干擾，此種干擾問題較為嚴(yán)重。這些問題產(chǎn)生的干擾將會(huì)導(dǎo)致PLC系統(tǒng)在接收、處理信號(hào)時(shí)出現(xiàn)異常，從而引起數(shù)據(jù)測(cè)量精度下降，情況嚴(yán)重時(shí)甚至可導(dǎo)致元器件出現(xiàn)損傷[1]。

2.2 對(duì)于混亂接地系統(tǒng)的干擾問題分析

良好的接地系統(tǒng)可以提高電氣設(shè)備的抗干擾性，實(shí)施合理的、科學(xué)的接地方式可以對(duì)設(shè)備向外發(fā)出的干擾問題進(jìn)行抑制，同時(shí)也能對(duì)設(shè)備受到的電磁干擾影響予以削弱。如果PLC程控系統(tǒng)的接地布置混亂，其每一個(gè)接地點(diǎn)電位的分布也較為不均勻，那么不同位置的接地點(diǎn)之間具有地電位差，則接地系統(tǒng)容易形成環(huán)路電流，從而出現(xiàn)系統(tǒng)輸出不動(dòng)作或者誤動(dòng)作。不良的接地系統(tǒng)對(duì)PLC運(yùn)行的影響甚至比不接地情況更差。

2.3 對(duì)于輻射干擾問題的分析

PLC程控系統(tǒng)之中的電磁場(chǎng)干擾問題大多來自于空間范圍內(nèi)的輻射電磁場(chǎng)干擾。所謂的空間范圍內(nèi)輻射電磁場(chǎng)問題，一般都是電氣設(shè)備的電路網(wǎng)絡(luò)暫態(tài)過程、無線電廣播、高頻感應(yīng)、雷電以及雷達(dá)等所引發(fā)的電磁場(chǎng)問題，對(duì)回路的導(dǎo)線、線路等予以調(diào)制，這樣就會(huì)增強(qiáng)其本身的分布復(fù)雜性。

輻射干擾所帶來的負(fù)面影響，一般都是通過兩個(gè)途徑來實(shí)現(xiàn)的，一是PLC系統(tǒng)內(nèi)部輻射問題所產(chǎn)生的電路感應(yīng)干擾，二是PLC通信網(wǎng)絡(luò)的輻射問題，此問題一般都是通信系統(tǒng)線路運(yùn)作所帶來的干擾。

2.4 對(duì)于PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾問題分析

這一問題主要是因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)部的電路或是元器件之間的電磁輻射引起的，比如邏輯電路之間所產(chǎn)生的互相輻射效應(yīng)給模擬電路造成的影響，而模擬地和邏輯地之間的影響也會(huì)出現(xiàn)不合乎規(guī)范的情況。

這些干擾問題都是PLC系統(tǒng)制造廠商所需要考慮的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)，應(yīng)用部門不必過多的分析和考慮。但是在工程實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果來確定PLC選型，為現(xiàn)場(chǎng)使用選擇最為適合的產(chǎn)品型號(hào)。

3 對(duì)于抗干擾方式的探究

使用性能較佳的電源可以對(duì)電網(wǎng)內(nèi)的干擾問題予以抑制，PLC程控系統(tǒng)供電電源通常情況下都會(huì)使用隔離性能較佳的電源，同時(shí)每一個(gè)電源都應(yīng)當(dāng)具有自身獨(dú)立的配線。隔離變壓器的一次側(cè)接AC380V為最佳，最大程度的避免地電流干擾問題。

變送器的供電電源或是PLC系統(tǒng)所連接的儀表供電電源等，都會(huì)使用不間斷供電電源，它也是PLC系統(tǒng)的最佳電源之一。

3.1 從電纜的敷設(shè)和選擇層面進(jìn)行分析

要想將動(dòng)力電纜輻射電磁干擾問題的出現(xiàn)予以減少，就應(yīng)當(dāng)使用銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，進(jìn)而起到輻射干擾的規(guī)避作用。

每一種不同種類的信號(hào)都會(huì)具有極具差異性的電纜傳輸效果，信號(hào)電纜應(yīng)當(dāng)參照傳輸信號(hào)的實(shí)際類別來完成敷設(shè)工作，應(yīng)當(dāng)防止出現(xiàn)使用同一電纜的多根線芯分別傳送信號(hào)、動(dòng)力電源的行為。

如果要使信號(hào)電纜和動(dòng)力電纜并行放置，就應(yīng)當(dāng)令二者之間的距離為300毫米以上，如若二者同時(shí)放置在一個(gè)電纜槽內(nèi)，則應(yīng)當(dāng)將它們的距離至少控制在100毫米以上，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)使用接地效果較佳的金屬板將兩者隔開，以屏蔽動(dòng)力電纜帶來的電磁干擾[2]。

3.2 硬件、軟件抗干擾方式

當(dāng)信號(hào)接入計(jì)算機(jī)之前，應(yīng)當(dāng)和大地之間實(shí)現(xiàn)電容的連接，降低共模干擾所帶來的負(fù)面影響。信號(hào)兩極的位置還應(yīng)當(dāng)加設(shè)濾波器，可最大程度的降低差模干擾。

如果行程開關(guān)或是按鈕作為信號(hào)輸入時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)抖動(dòng)問題盡可能避免。同樣，若是繼電器的節(jié)點(diǎn)作為輸入信號(hào)，則可能偶爾會(huì)出現(xiàn)瞬間跳動(dòng)的現(xiàn)象，這時(shí)就會(huì)引發(fā)系統(tǒng)出現(xiàn)誤動(dòng)作。此時(shí)在PLC程序中可使用定時(shí)器延時(shí)功能，將這類問題予以消除。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觸點(diǎn)的抖動(dòng)情況以及系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行要求，確定最為合適的延時(shí)時(shí)間，待觸點(diǎn)閉合或斷開穩(wěn)定后，PLC方可執(zhí)行下一環(huán)節(jié)的程序。endprint

針對(duì)模擬信號(hào)，則可使用多種類的軟件濾波方式，以提高數(shù)據(jù)測(cè)量的精準(zhǔn)度和可靠性。在此過程中，應(yīng)當(dāng)確保信息數(shù)據(jù)采樣多次且連續(xù)，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)采樣數(shù)據(jù)的種類將其放置在相應(yīng)的寄存器中，再通過取平均值等數(shù)據(jù)處理方式得出有效數(shù)值。

3.3 繼電器、接觸器的使用

PLC的輸入、輸出端口在設(shè)備內(nèi)部都應(yīng)已使用光電耦合器進(jìn)行信號(hào)隔離，達(dá)到減少干擾的目的。但為了徹底避免現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)可能帶來的強(qiáng)電干擾，保證PLC設(shè)備運(yùn)行安全，還應(yīng)當(dāng)使用繼電器對(duì)輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行隔離。在此過程中，若想控制不同等級(jí)電壓的輸出，應(yīng)當(dāng)使用相應(yīng)電壓等級(jí)的接觸器配合繼電器實(shí)現(xiàn)。

3.4 對(duì)接地系統(tǒng)的完善措施分析

PLC程控系統(tǒng)屬于高速低電平的控制裝置，因此應(yīng)當(dāng)使用直接接地的方式。PLC程控系統(tǒng)接地一般使用多點(diǎn)串聯(lián)接地或是單點(diǎn)接地方式。值得一的是，集中布置的PLC程控系統(tǒng)更加適合使用多點(diǎn)并聯(lián)接地方式。每個(gè)PLC裝置柜的接地排，都應(yīng)當(dāng)接至所在配電室的接地端并可靠連接。如若各PLC裝置間的距離相對(duì)較大，那么應(yīng)當(dāng)使用多點(diǎn)串聯(lián)的接地方式。例如，使用截面積較大的銅母線完成每個(gè)PLC裝置柜接地排的連接，然后將離配電室接地端最近的裝置柜接地排用銅母線直接連接到配電室接地端。需要注意的是，PLC裝置柜內(nèi)各設(shè)備器件的接地線應(yīng)當(dāng)使用截面積超過2.5平方毫米的銅導(dǎo)線接至柜內(nèi)接地排，而柜體接地排及其連接用的銅母線的截面積應(yīng)當(dāng)超過50平方毫米。在配電室接地良好的情況下，保證各PLC裝置柜的接地電阻不超過1Ω。

分析至此，可見在PLC程控系統(tǒng)運(yùn)行的各環(huán)節(jié)中，會(huì)涉及到諸多的干擾因素，容易產(chǎn)生各種問題，體現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的繁雜性。因此，抗干擾設(shè)計(jì)可謂是PLC系統(tǒng)中需要重點(diǎn)考慮的問題之一。要想使PLC程控系統(tǒng)的運(yùn)行更為穩(wěn)定、可靠，必須要結(jié)合工作現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，給出相應(yīng)的干擾解決方案。

4 結(jié)束語

綜上所述，想要有效地解決PLC程控系統(tǒng)運(yùn)行過程中的干擾問題，需要對(duì)其所處的工作環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)的探究，制定針對(duì)性的抗干擾方案，最終實(shí)現(xiàn)PLC程控系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、安全性、高效性。筆者基于此問題進(jìn)行了相應(yīng)分析，希望可以給有關(guān)人士借鑒、思考。

參考文獻(xiàn)：

[1]周冬生，王呈方.程控機(jī)械手肋骨冷彎?rùn)C(jī)PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程版），2012，28（05）：710-712，716.

[2]張存禮.PLC控制系統(tǒng)的干擾源分析與抗干擾措施[J].電氣傳動(dòng)，2013，37（01）：51-54.

作者簡(jiǎn)介：段然（1986-），男，江蘇南京人，本科，工程師，研究方向：電氣自動(dòng)化，從事電除塵電氣設(shè)備程控系統(tǒng)研發(fā)工作。endprint