ＰＬＣ的自動控制技術

一、引言

PLC作為一種自動化程度高、配置靈活的工業生產過程控制裝置，因為其本身的高可靠性、允許在較為惡劣的環境下工作而在自動控制領域中得到廣泛應用。在PLC控制系統中，就PLC本身來說，其薄弱環節在I／O端口，雖然它有與現場相當可靠的隔離和端口之間的隔離以及端口輸入、輸出信號與總線信號之間的隔離，但由于PLC的應用場合越來越廣，應用環境越來越復雜，所受到的干擾也越來越多。

二、PLC控制的數控滑臺結構

一般組合機床自動線中的數控滑臺采用電機驅動的開環伺服機構。采用PLC控制的數控滑臺由可編程控制器、環行脈沖分配器、步進電機驅動器、步進電機和伺服傳動機構等部分組成，伺服傳動機構中的齒輪Z1、Z2應該采取消隙措施，避免產生反向死區或使加工精度下降；而絲杠傳動副則應該根據該單元的加工精度要求，確定是否選用滾珠絲杠副。

三、影響控制系統穩定的因素

影響PLC控制系統穩定的干擾因素很多，主要的有下面幾種：

1、電源波形畸變干擾：由于PLC控制系統本身或者電網其它設備采用SCR、GTO、IGBT等電力半導體器件，在工作時產生的高次諧波、噪聲、寄生振蕩等，引起電網電源波形畸變，通過電源線路對PLC產生的干擾。

2、電路耦合干擾：由于PLC接地點選擇不當或接地不良，通過回路公共阻抗發生耦合而產生的電流干擾。

3、輸入元器件觸點的抖動干擾：由于現場強烈振動使PLC輸入元器件觸點發生抖動(尤其是常閉觸點)產生的誤信號所形成的干擾。

4、電容性干擾：在干擾源與干擾對象(PLC)之間存在分布電容耦合所產生的干擾。

5、電感性干擾：干擾源中的交變磁場通過干擾對象(PLC)中的電感性元件耦合所產生的干擾。

6、波干擾：由空間電磁波(主要是雷達、電臺、移動電話等)的電磁場、傳導波的傳導電流和傳導電壓所產生的干擾。

四、系統抗干擾能力的提高方法

在設計PLC控制系統時，從硬件設計入手，通過合理配置供電電源、正確選擇接地點、接地方式和輸入輸出配線等措施，可有效提高系統的抗干擾能力。

1、供電電源 由于PLC本身抗干擾的能力很強，通常只要將PLC電源與系統動力設備分開配線，對于從電源來的干擾，具有足夠強的抑制能力。但是，如果遇到特殊情況，電源干擾特別嚴重，可采用帶屏蔽層的隔離變壓器供電，甚至加接線路濾波器，以抑制從交直流電源侵入的常模和共模瞬變干擾，還可抑制PLC內部開關電源向外輻射噪聲。

2、接地 在PLC控制系統中，具有多種形式的“地”，主要有：(1)信號地：是輸入端信號元件——傳感器的地。(2)交流地：交流供電電源的N線，通常它是產生噪聲的主要地方。(3)屏蔽地：一般為防止靜電、磁場感應而設置的外殼或金屬絲網，通過專門的銅導線將其與地殼連接。(4)保護地：一般將機器設備外殼或設備內獨立器件的外殼接地，用以保護人身安全和防護設備漏電。

為了抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾，應對PLC系統進行良好的接地。一般情況下，接地方式與信號頻率有關，當頻率低于1MHz時，可用一點接地；高于10MHz時，采用多點接地；在1~10MHz間采用哪種接地視實際情況而定。因此，PLC組成的控制系統常用一點接地，接地線截面積不能小于2mm2，接地電阻不能大于100Ω，接地線最好是專用地線。若達不到這種要求，也可采用公共接地方式，禁止采用與其它設備串聯接地的方式。

交流電源在傳輸時，在相當一段間隔的電源導線上，會有幾mV、甚至幾V的電壓，而低電平信號傳輸要求延路電平為零。為防止交流電對低電平信號的干擾，在直流信號的導線上要加隔離屏蔽；不允許信號源與交流電共用一根地線；各個接地點通過接地銅牌連接到一起。

屏蔽地、保護地不能與電源地、信號地和其它地扭在一起，只能各自獨立的接到接地銅牌上。為減少信號的電容耦合噪聲，可采用多種屏蔽措施。對于電場屏蔽的分布電容問題，通過將屏蔽地接入大地可解決。對于純防磁的部位，例如強磁鐵、變壓器、大電機的磁場耦合，可采用高導磁材料作外罩，將外罩接人大地來屏蔽。

3、輸入、輸出配線 (1)PLC電源線、I／0電源線、輸入信號線、輸出信號線、交流線、直流線都應盡量分開布線。開關量信號線與模擬量信號線也應分開布線，且后者應采用屏蔽線，并且將屏蔽層接地。數字傳輸線也要用屏蔽線，并且要將屏蔽層接地。由于雙絞線中電流方向相反，大小相等，可將感應電流引起的噪聲互相抵消，故信號線多采用雙絞線或屏蔽線。(2)輸入、輸出信號的防錯，當輸入信號源為晶體管，或是光電開關輸出類型時，在關斷時仍有較大的漏電流。而PLC的輸入繼電器靈敏度較高，如漏電流干擾超過一定值，就形成了誤信號。同樣，當輸出元件為VTH(雙向晶閘管)或是晶體管輸出，而外部負載又很小時，會因為這類輸出元件在關斷時有較大的漏電流，引起微小電流負載的誤動，導致輸入與輸出信號的錯誤，給設備和人身造成不良后果。

解決辦法是在這類輸人、輸出端并聯旁路電阻，以減小PLC輸入電流和外部負載上的電流。

五、軟件的設計要求

PLC內部具有豐富的軟元件，如定時器、計數器、輔助繼電器等，利用它們設計一些程序，可以屏蔽輸入元件的誤信號，防止輸出元件的誤動作，提高系統的抗干擾能力。

1、利用PLC內部定時器，屏蔽輸入端可能出現的誤信號 在PLC組成的自動控制系統中，每一次循環，各工步的動作時間通常是固定不變的，行程開關(或其它敏感元件，如光電開關)總是在該工步的同一時刻發出信號。根據這一特點，用兩個內部定時器，限定PLC只在該開關正常發信號的時間內采樣，就可屏蔽掉其它時間可能發出的誤信號——干擾信號。

以FX2N--48MR型PLC控制為例，某自動生產線上對輸入X000采樣的梯形圖程序及時序圖。根據計算和實測，正常情況下，輸入X000總是在輸出Y000啟動后0.7s左右發出信號。但在實際運行時，由于現場環境惡劣，有可能使X000發出誤信號，引起控制系統的錯誤動作。現在，將定時器90的延遲時間設為0.5s，T1的延遲時間設為0.9s，只有在Y000：1后0.5~0.9s的時間內采樣的X000信號，才被認為是有效信號MO，其它時間內，即使X000誤發信號，也會被屏蔽掉。

2、利用PLC內部計數器，消除輸入元件觸點“抖動”干擾 在PLC控制系統中，由于外界干擾的影響，有些輸入元件在接通時，會發生觸點時斷時續的“抖動”現象而發出錯誤信號。當輸入X001發生抖動時，輸出Y001也會跟著抖動。消除這種干擾的方法是利用計數器經適當編程來實現。用計數器組成的消“抖動”程序和波形圖。當“抖動”干擾使X001斷開的間隔△t

六、小結

隨著PLC的應用越來越廣泛，它所要克服的干擾越來越多，越來越復雜。如何進一步提高PLC控制系統的抗干擾能力，多種方法和措施正在研究探索之中。通過正確設計硬件線路，選用高質量的元器件，充分利用PLC本身軟元件，靈活巧妙地編程等措施，可以有效地提高系統的抗干擾能力。