PLC控制系統(tǒng)接地抗干擾技術(shù)的研究

梁廷魁

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西長治046011）

PLC控制系統(tǒng)接地抗干擾技術(shù)的研究

梁廷魁

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西長治046011）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，PLC技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，然而受環(huán)境等多種因素的影響使得PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性大大降低。為了提高PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對影響其穩(wěn)定性的干擾因素進(jìn)行了分析研究，通過內(nèi)部和外部抗干擾以及工程設(shè)計(jì)和施工布線等多個(gè)方面對抗干擾進(jìn)行設(shè)計(jì)探討，來提升PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

PLC；控制系統(tǒng)；抗干擾；技術(shù)

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.050

1 引言

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期比較短，抗干擾水平高，而且程序設(shè)計(jì)語言較簡單，近年來，PLC控制系統(tǒng)的功能也越來越完善，它可以按照具體情況針對應(yīng)用領(lǐng)域做出各種數(shù)據(jù)顯示，并具有記錄和通訊等多種功能。此外，該控制系統(tǒng)還能在控制設(shè)備時(shí)以智能操作系統(tǒng)的方式來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與人之間的對接交流。這是一種靈敏度高，配置也較高的控制系統(tǒng)。然而該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中很容易受到干擾，從而影響其使用水平，因此提高其抗干擾技術(shù)非常重要。

2 影響PLC控制系統(tǒng)抗干擾能力的因素

PLC控制系統(tǒng)的具體使用環(huán)境通常都是非常復(fù)雜的，這就使得該控制系統(tǒng)的抗干擾水平會受到更多因素的影響，但一般來說我們可以將其分為外部因素和內(nèi)部因素2個(gè)方面。

2.1 影響PLC控制系統(tǒng)抗干擾水平的內(nèi)部因素

影響該系統(tǒng)抗干擾水平的內(nèi)部因素主要包括電路和元件的設(shè)計(jì)水平而導(dǎo)致的電磁輻射以及電路的干擾等因素[1]。PLC控制系統(tǒng)在應(yīng)用過程當(dāng)中，電路以及元件在運(yùn)行的時(shí)候都或多或少會產(chǎn)生一些電磁輻射，這些輻射會給控制系統(tǒng)的配件以及邏輯運(yùn)行帶來影響，繼而使得控制系統(tǒng)的抗干擾水平受影響。由此可見，要提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力就需要按照具體情況而選取電路等設(shè)計(jì)都合理的PLC。

2.2 影響PLC控制系統(tǒng)抗干擾水平的外部因素

影響PLC控制系統(tǒng)抗干擾水平的外部因素有多個(gè)方面，具體如下。

2.2.1 信號線的影響

為確保企業(yè)、工業(yè)能夠維持正常的運(yùn)營和生產(chǎn)，PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)行一定要穩(wěn)定可靠，這樣才能接收到準(zhǔn)確無誤的數(shù)據(jù)信息[2]。然而在傳輸信號的時(shí)候不可避免地會受到許多因素的干擾，致使控制系統(tǒng)不能完整無誤地接收信號。通常情況下，信號線對PLC控制系統(tǒng)的干擾主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：（1）信號線本身會受到干擾，（2）傳輸信號的時(shí)候變壓器以及信號儀表都會受到干擾和影響。電壓的切換、靜電放電等因素都會使信號線受到干擾，同時(shí)電波浮動也會對PLC控制系統(tǒng)能否接收信號帶來比較大的影響。而變壓器及信號儀則有可能在控制系統(tǒng)接收信號的時(shí)候出現(xiàn)電源串入的情形，最終導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)接收信號異常，包括信號缺失、邏輯數(shù)據(jù)信息不完整等，這些都會使控制系統(tǒng)的抗干擾能力嚴(yán)重下降[3]。

2.2.2 接地系統(tǒng)方面的影響

PLC控制系統(tǒng)在使用和運(yùn)行的時(shí)候，地線系統(tǒng)是其重要的構(gòu)成部分，它是決定PLC控制系統(tǒng)能否正常發(fā)揮功能的關(guān)鍵因素。系統(tǒng)地、保護(hù)地與交流地以及屏蔽地這4個(gè)方面共同構(gòu)成了地線系統(tǒng)，并維護(hù)和確保PLC控制系統(tǒng)正常供電與運(yùn)行，確保工業(yè)、企業(yè)能夠正常運(yùn)營。但接地系統(tǒng)分布空間比較廣，而且各分布的區(qū)域地點(diǎn)間有很大的不定性，這就導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)能否正常供電受到了多種因素的影響，致使控制系統(tǒng)當(dāng)中的電路以及元件都會受到損害，讓PLC控制系統(tǒng)在接收信號的時(shí)候會發(fā)生失誤及錯(cuò)亂的情形。

2.2.3 電源方面的因素影響

PLC控制系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用都比較廣，其抗干擾能力還受到電源的影響，使其抗干擾水平降低，導(dǎo)致控制系統(tǒng)的性能無法達(dá)到最佳狀態(tài)。比如在生產(chǎn)過程中，開啟電力設(shè)備或關(guān)閉電力設(shè)備時(shí)各個(gè)空間傳遞出來的干擾都會讓電波出現(xiàn)較大幅度的波動，繼而給PLC控制系統(tǒng)的用電產(chǎn)生較大沖擊，讓PLC控制系統(tǒng)的元件受到較嚴(yán)重的損害，甚至?xí)霈F(xiàn)電路短路，讓控制系統(tǒng)出現(xiàn)紊亂的事故。

3 提高PLC控制系統(tǒng)抗干擾的技術(shù)和策略探討

3.1 硬件方面的抗干擾技術(shù)措施

3.1.1 選用合適的電源

在電源這部分，電源變壓器是較為常用的元件，如果控制系統(tǒng)對環(huán)境沒有較高的要求，則對電壓也不會有特別高的要求，僅通過單向工頻交流電就能達(dá)到抗干擾水平的標(biāo)準(zhǔn)。但如果控制系統(tǒng)需要較高的可靠性，我們就需要重新對原來的工頻電源做處理，如使用屏蔽層的隔離變壓器來提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力，這也是一種常用的方法。其次，于PLC電源輸入的這一段增加接濾波器，讓交流電源輸送來的高次諧波以及高頻電磁干擾被很好地過濾掉[4]。

3.1.2 安裝濾波器

為了不讓干擾信號通過電源系統(tǒng)進(jìn)入到控制系統(tǒng)內(nèi)部，我們可以安裝一個(gè)濾波器。但是要注意，安裝的時(shí)候所使用的隔離變壓器的屏蔽層接地性能必須是良好的，同時(shí)次級連接線應(yīng)該是雙繞線。除此之外，屏蔽層應(yīng)該分開安裝在2個(gè)位置：即隔離變壓器的初級和次級繞組。注意交流電網(wǎng)的零線要和初級屏蔽層進(jìn)行連接，而次級屏蔽層則和直流電網(wǎng)及初級間屏蔽層進(jìn)行連接。

3.1.3 分離供電系統(tǒng)

為確保PLC控制系統(tǒng)正常運(yùn)行，輸出輸入斷電不會影響控制器的供電，我們應(yīng)該在I/0及PLC系統(tǒng)的控制器上通過不一樣的隔離變壓器來供電，同時(shí)和各自不一樣的主電源進(jìn)行分離。與此同時(shí)，PLC控制系統(tǒng)的隔離電源一定不能和動力電源還有檢修電源一起使用，必須有各自單獨(dú)分開的電源供電。只有這樣我們才可以保證PLC控制系統(tǒng)電源是單獨(dú)純凈的，也可以借此降低耦合給電源帶來的不良影響。所以，線式不間斷的情況下，UPS電源完全能夠用來當(dāng)做控制系統(tǒng)的電源對其供電，因其具備非常優(yōu)良的干擾隔離性能，從而加強(qiáng)了控制系統(tǒng)的抗干擾水平。

3.1.4 良好的接地設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)接地會對系統(tǒng)能否正常運(yùn)行造成直接影響，如果選擇較好較合適的接地方法能夠很好地降低動作失誤，繼而提升系統(tǒng)抗干擾水平。因此，在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該把控制器與其他設(shè)施都分開接地.對系統(tǒng)性能要求比較低的時(shí)候則能共通接地，但要注意盡可能不和電機(jī)、變壓器等系列動力設(shè)備共通接地。另外，接地線不能與主回路及強(qiáng)電回路的電線相交，要真的是不可避免就要注意保持垂直相交，盡最大可能地降低平行走線的長度。

3.2 軟件方面的抗干擾技術(shù)措施

3.2.1 抖動消除處理

當(dāng)PLC控制系統(tǒng)處于振動環(huán)境時(shí)就有可能隨著行程開關(guān)或者按鈕振動而發(fā)生抖動，這種系統(tǒng)所傳輸出的信號就是錯(cuò)誤的，不完整或不準(zhǔn)確的。這種抖動一般不會延續(xù)較長的時(shí)間，因此我們能夠利用延時(shí)來消除抖動，就是在PLC控制系統(tǒng)里的計(jì)時(shí)器上做好時(shí)間方面的延時(shí)工作，設(shè)置好以后抖動一旦停下來，控制系統(tǒng)就可以接收到準(zhǔn)確的信號，以提高其抗干擾能力。

3.2.2 對系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控

設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)里的計(jì)數(shù)器或者輔助繼電器等相關(guān)軟元件進(jìn)行時(shí)，我們可以增加一些程序來將輸入元件的許多錯(cuò)誤信號進(jìn)行屏蔽，并防止輸出元件發(fā)生錯(cuò)誤動作。設(shè)計(jì)程序時(shí)我們可以“通過看門狗”的方式對系統(tǒng)的每個(gè)構(gòu)成部分的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，即編程PLC控制系統(tǒng)軟件時(shí)把某個(gè)定時(shí)器看作是“看門狗”，用來查看監(jiān)視控制系統(tǒng)運(yùn)動部件的具體運(yùn)行情況，并把這一運(yùn)動部件可能需要使用到的最大時(shí)間設(shè)置成定時(shí)器的定值。運(yùn)行這一部件時(shí)就可以啟動“看門狗”定時(shí)器。假若各個(gè)運(yùn)行部件能夠正常運(yùn)作，則運(yùn)動部件就可以在規(guī)定時(shí)間里到達(dá)設(shè)定好的位置，定時(shí)器會將數(shù)據(jù)信息清零，這就表示系統(tǒng)運(yùn)行正常；不然則表示該部件有問題，“看門狗”定時(shí)器則做出停止工作或發(fā)出警報(bào)信號。

3.2.3 健全接地系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)要進(jìn)行接地的原因主要有2個(gè)方面：安全及減少干擾。接地系統(tǒng)越完善則表明PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾越低，抗干擾能力越高。所以，我們一定要按照實(shí)際情況來給系統(tǒng)選擇一個(gè)較為合適的接地點(diǎn)。系統(tǒng)接地一共有3種：電容接地、浮地及直接接地。PLC控制系統(tǒng)為一種高速低電平的控制裝置，因此我們通常使用直接接地的方法。因?yàn)樾盘栯娎|分布電容以及輸入裝置濾波等因素會影響裝置效果，因此各個(gè)裝置之間使用的信號交換頻率通常都大于1MHz，因此控制系統(tǒng)接地線通常都是使用串聯(lián)一點(diǎn)接地和一點(diǎn)接地的形式進(jìn)行。如果PLC控制系統(tǒng)是集中布置，則使用并聯(lián)一點(diǎn)接地的方式比較適合。若是各個(gè)裝置之間的距離相差較大，則使用串聯(lián)一點(diǎn)接地的形式比較適合，也就是采用一根大截面銅母線將各個(gè)裝置的柜體中心接地點(diǎn)進(jìn)行連接，再把接地母線直接連接到接地極。接地支線通常使用截面大于22mm2的銅導(dǎo)線，而總母線的截面則通常高于60mm2的銅排。接地極的接地電阻要低于2Ω，接地極應(yīng)該埋設(shè)在距離建筑物10～15m遠(yuǎn)的距離，同時(shí)PLC系統(tǒng)接地點(diǎn)應(yīng)該和強(qiáng)電設(shè)備接地點(diǎn)距離10m以上，以此形成獨(dú)立的接地系統(tǒng)。

4 結(jié)語

PLC控制系統(tǒng)接地抗干擾技術(shù)和水平越高，則PLC控制系統(tǒng)越可靠，其整體性能也越好，輸入和輸出的信號數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，因而越能夠確保工業(yè)、企業(yè)的生產(chǎn)安全[5]。因此，我們在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的時(shí)候一定要盡最大可能地提高其抗干擾能力。同時(shí)，針對影響控制系統(tǒng)接地抗干擾能力的各種因素，我們需要根據(jù)實(shí)際情況研究出相應(yīng)的解決措施，這樣才可以確?？刂葡到y(tǒng)能夠正常運(yùn)行。

【1】張禮兵.數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動平穩(wěn)性和輪廓精度控制技術(shù)研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2012.

【2】段蘇振.提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的設(shè)計(jì)因素[J].電氣傳動，2013(5): 45-49+52.

【3】解華明.PLC控制技術(shù)的優(yōu)勢及抗干擾措施研究[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2013(5):102-103.

【4】劉美俊.提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施[J].電工技術(shù)雜志，2013(3): 24-26.

【5】王平.PLC自動控制系統(tǒng)可靠性研究[J].電氣傳動，2012(8)：98-99.

Research of Anti-interference Technology by Means of Grounding on PLC Control System

LIANG Ting-kui
(Shanxi Institute of Mechatronic Technology,Changzhi 046011,China)

With the continuous development of scienceand technology,PLC technology is used more and more w idely.However,because of various factors such as the environment,the stability of PLC control system is greatly reduced.In order to improve the stability of PLC control system,we have a research on the factors that in fluence the stability,and discus santi-interference technology design through not only the internal and external aspects but also engineering design and construction wiring,in order to enhance the stability of PLC control system.

PLC;control system;anti-interference;technology

TP273

A

1007-9467（2016）08-0093-02

2016-08-04

梁廷魁（1981～），男，山西潞城人，講師，從事電氣控制設(shè)計(jì)教學(xué)與研究。