PLC運行的干擾類型及來源分析

高毅 羅振鋼

摘要：隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC控制系統(tǒng)的功能越來越強大，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，能夠?qū)φ麄€生產(chǎn)過程進行系統(tǒng)全面地有效控制，促進了生產(chǎn)效率的提高。但是PLC控制設(shè)備的工作環(huán)境往往較為惡劣，這就導(dǎo)致其在實際的工作過程中會受到各種不利因素的影響，進而導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)無法正常運行，可能造成系統(tǒng)出現(xiàn)失控的問題，這就會給安全生產(chǎn)帶來不小的安全隱患。因此，需要對PLC控制系統(tǒng)在運行過程中所受到的干擾類型和來源進行深入地分析研究，為制定科學(xué)合理的控制措施提供可靠保障。本文對PLC運行的干擾類型及來源進行分析。

關(guān)鍵詞：PLC;干擾;信號源

1PLC運行的干擾類型

對PLC控制系統(tǒng)造成干擾的干擾源，往往都出現(xiàn)在電流和電壓發(fā)生劇變化的位置處。其原理是電流發(fā)生變化就會形成磁場，進而對PLC控制設(shè)備造成電磁輻射影響，而磁場發(fā)生改變就會形成電流，電磁高速就會產(chǎn)生電磁波，進而影響PLC設(shè)備的正常運行。根據(jù)干擾模式的不同，PLC設(shè)備所受到的電磁干擾可以分為共模干擾和差模干擾，下面將分別進行論述。

1.1共模干擾

共模干擾是指干擾電壓信號在信號線和回線上所形成的電壓幅度相同，該電壓參考周圍的大地電位，在干擾電壓的影響下，導(dǎo)線與參考物體之間就構(gòu)成了電流回路。通常情況下，造成共模電流的原因主要有：一是PLC外部的電磁場在其內(nèi)的導(dǎo)線上形成感應(yīng)電壓，在感應(yīng)電壓的影響下，就會在PLC內(nèi)的回路里產(chǎn)生感應(yīng)電流;二是PLC控制設(shè)備兩端所連接的地電位不同，進而會形成一定的有電位差，在該電位差的影響下就會形成感應(yīng)電流;三是PLC控制設(shè)備接地不良，導(dǎo)致其與大地之間具有一定的電位差，進而會在PLC控制系統(tǒng)中的回路里形成共模電流。在共模電流的影響下，會產(chǎn)生非常強烈的電磁輻射，會對PLC控制設(shè)備的穩(wěn)定運行帶來不利影響，導(dǎo)致其無法正常運行。

1.2差模干擾

差模干擾是指干擾電壓存在于信號線與回線之間，而干擾電流則是在導(dǎo)線與參考物體所構(gòu)成的回路中進行流動。空間電磁場在信號間耦合感應(yīng)所形成的電壓和不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾而形成的電壓，會對PLC控制信號造成干擾，導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)的測量精度發(fā)生較大的波動，進而影響PLC系統(tǒng)對設(shè)備的正常控制。

2PLC運行的干擾來源

2.1空間電磁輻射

PLC控制系統(tǒng)所受到的空間電磁輻射干擾來源非常廣泛，常見的來源主要包括電力網(wǎng)路、雷電、無線電廣播、雷達以及高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等，其分布范圍非常廣泛，所造成的影響也較大。當(dāng)PLC控制系統(tǒng)工作環(huán)境中的電磁輻射超過正常工作所允許的最大值時，就會受到射頻所造成的輻射干擾。空間電磁輻射對PLC控制系統(tǒng)所造成的不利影響主要有：一是對PLC的內(nèi)部設(shè)備進行輻射，進而在回路中形成電路感應(yīng)造成影響;二是對PLC控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)進行輻射影響，在通信線路中形成電路感應(yīng)而造成間接的不利影響。電磁輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備的安裝位置和設(shè)備工作過程中所產(chǎn)生的電磁場之間具有密切的關(guān)系，尤其是與頻率之間具有直接關(guān)系。

2.2電源系統(tǒng)電磁感應(yīng)

PLC控制系統(tǒng)設(shè)備的電源主要是由電網(wǎng)提供，由于其供電電網(wǎng)的供電范圍非常大，導(dǎo)致其供電線路也非常復(fù)雜，在空間電磁場的作用下，就會造成供電線路中的電流和電壓發(fā)生一定的變化。尤其是供電電網(wǎng)內(nèi)部的電壓和電流發(fā)生變化，都會影響PLC控制系統(tǒng)的正常工作。例如，操作供電電網(wǎng)開關(guān)時形成的浪涌、大型電力設(shè)備啟停和交直流傳動裝置引起的諧波以及電網(wǎng)短路時形成的暫態(tài)沖擊等情況，都會經(jīng)由供電線路傳輸給PLC控制設(shè)備，進而影響PLC控制設(shè)備的正常運行。

2.3信號線引入

PLC控制系統(tǒng)中的信號線負責(zé)將各種控制指令快速準(zhǔn)確地傳輸至相應(yīng)的工作設(shè)備中，進而確保各個設(shè)備之間能夠進行有效地協(xié)調(diào)配合工作。在控制信號的傳輸過程中，難以避免會受到來自系統(tǒng)外部信號的侵入，這就會影響正確信號的順利傳輸，進而導(dǎo)致部分設(shè)備接收錯誤的控制指令，無法正常運行。外部干擾信號的侵入會導(dǎo)致I/O信號出現(xiàn)工作異常，導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)無法進行準(zhǔn)確的測量工作，進而造成系統(tǒng)的測量精度大大降低，嚴(yán)重時還可能導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部的元器件發(fā)生不同程度的損傷。

2.4接地系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)在工作過程中需要進行良好地接地，進而能夠?qū)﹄姶鸥蓴_起到有效的抑制作用，而且還能避免系統(tǒng)設(shè)備向外發(fā)出干擾信號。如果PLC控制系統(tǒng)沒有進行正確地接地或者接地系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的干擾信號，造成PLC控制系統(tǒng)指令無法得到有效傳輸。PLC接地系統(tǒng)中的地線主要包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地以及保護地等，各個部分起到不同的保護作用。當(dāng)接地系統(tǒng)發(fā)生故障后，就會導(dǎo)致PLC不同接地點的電位分布不均，進而在不同接地點之間形成一定的電位差，從而形成地環(huán)路電流，這會導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)內(nèi)的電流紊亂，影響其正常工作。此外，PLC控制系統(tǒng)受到變化磁場的影響后，其內(nèi)部的屏蔽層也會出現(xiàn)一定大小的感應(yīng)電流，再通過屏蔽層與芯線之間耦合形成的回路，就會對PLC控制系統(tǒng)的正常工作造成不利影響。

2.5PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾

在PLC控制系統(tǒng)的工作過程中，當(dāng)內(nèi)部的元器件和電路所形成的電磁輻射超過正常工作允許的最大數(shù)值后，就會在內(nèi)部對PLC的正常工作造成不利影響，這往往是由系統(tǒng)內(nèi)部的電磁兼容設(shè)計不合理造成的。例如，PLC控制系統(tǒng)中的邏輯電路之間會進行相互輻射，對模擬電路造成不利影響，模擬地與邏輯地之間的相互影響和使用的元器件之間無法進行有效匹配，這都會給PLC控制系統(tǒng)帶來系統(tǒng)內(nèi)部的干擾。

3PLC的抗干擾措施

3.1抗干擾的硬件措施

（1）電源的應(yīng)對措施。電源的進線采用屏蔽線，在條件允許的情況下，加設(shè)隔離變壓器和整流濾波裝置。

（2）輸出端的應(yīng)對措施。對于強電場所，可以增設(shè)相應(yīng)的小型繼電器線圈，再將繼電器觸點與PLC的輸出端進行有效連接。

（3）安裝布線的應(yīng)對措施。確保PLC與能夠產(chǎn)生高次諧波設(shè)備之間的距離不小于200mm，PLC的信號線與伺服驅(qū)動器、步進驅(qū)動器以及變頻器等的動力線之間的距離不小于300mm。

3.2抗干擾的軟件措施

（1）改變?yōu)V波時間常數(shù)。通過改變數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)值和對REFF輸入相應(yīng)的刷新指令（帶濾波器設(shè)定），進而能夠改變?yōu)V波時間和避免大部分的干擾。但是，采用該種方法會增加輸入端信號為ON的時間，進而會對實時控制帶來一定的影響。

（2）選擇合適的輸入端。當(dāng)PLC采用高速計數(shù)后，其輸入端X0～X7的輸入濾波器的濾波時間將會自動調(diào)整。當(dāng)干擾脈沖的寬度很窄，而輸入脈沖的頻率也較低時，可以選擇X2～X7作為輸入端，能有效避免干擾。

（3）軟件延時。由于改變?yōu)V波時間常數(shù)的方法適用范圍有限，對于干擾信號ON閉合時間超過60ms的情況則無能為力。因此，可以在程序中加入相應(yīng)的延時軟件，通過時間繼電器延遲一段時間再將其驅(qū)動輸出，具體措施如圖1所示。

結(jié)束語

總而言之，PLC控制系統(tǒng)具有非常優(yōu)良的控制性能，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中，促進了工作效率的不斷提高。但由于其工作環(huán)境較為惡劣，存在諸多干擾源，會對其正常工作造成不利影響。通過對PLC控制系統(tǒng)運行過程中的干擾類型和干擾源進行深入地分析研究，為制定科學(xué)合理的改善措施提供可靠的資料支持。

參考文獻

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