芻議PLC控制系統(tǒng)干擾及抗干擾措施

牛奕翔

芻議PLC控制系統(tǒng)干擾及抗干擾措施

牛奕翔

（西安交通大學(xué)城市學(xué)院電信系 710018）

PLC即可編程控制器，其運(yùn)行可靠性對(duì)各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域都具有較大的影響。在這種情況下，本文對(duì)空間輻射干擾、電源干擾等PLC控制系統(tǒng)干擾來(lái)源進(jìn)行了充分分析，并從硬件和軟件兩個(gè)角度出發(fā)，對(duì)PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施展開(kāi)了研究，以期對(duì)我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展有所助益。

PLC；控制系統(tǒng)；抗干擾；措施

前言

PLC的核心是微處理器，作為通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置，其綜合了包含通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及信息技術(shù)在內(nèi)的多項(xiàng)技術(shù)，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，擁有較強(qiáng)的可靠性和控制能力。但是，PLC控制系統(tǒng)多數(shù)在相對(duì)惡劣的強(qiáng)電磁場(chǎng)等環(huán)境中運(yùn)行，因此，影響PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的干擾因素較多，在這種情況下，積極加強(qiáng)PLC控制系統(tǒng)抗感染措施研究具有重要意義。

1 PLC控制系統(tǒng)干擾來(lái)源

1.1 空間輻射干擾

EMI即空間輻射電磁場(chǎng)，它的產(chǎn)生是由無(wú)線電、電氣設(shè)備以及高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等共同作用的結(jié)果。這是因?yàn)椋趹?yīng)用電氣電子設(shè)備的過(guò)程中，如果密度較高，同時(shí)設(shè)備功率較大，那么將造成越來(lái)越嚴(yán)重的空間電磁污染，此時(shí)將造成更加復(fù)雜的輻射頻率。因此空間輻射干擾對(duì)PLC系統(tǒng)的影響是客觀存在的。

空間輻射干擾PLC控制系統(tǒng)的路徑有兩條：一方面，直接輻射PLC系統(tǒng)內(nèi)部，干擾產(chǎn)生于電路感應(yīng)；另一方面，輻射PLC通信網(wǎng)絡(luò)，干擾產(chǎn)生于通信線路[1]。

1.2 電源干擾

通常情況下，工業(yè)電網(wǎng)是PLC系統(tǒng)的供電電源。覆蓋范圍廣是工業(yè)電網(wǎng)的主要特點(diǎn)，其運(yùn)行過(guò)程中，將被一切空間電磁干擾所影響，同時(shí)感應(yīng)電流和電壓將在線路中產(chǎn)生，諧波在交直流傳動(dòng)裝置中的產(chǎn)生以及起停大型電力設(shè)備等的過(guò)程中，都將導(dǎo)致一定的干擾傳遞到PLC電源原邊中，傳遞的媒介是輸電線路，而其在進(jìn)入PLC系統(tǒng)中將以耦合的方式進(jìn)行[2]。盡管會(huì)將隔離措施應(yīng)用于PLC電源中，但是受各種客觀因素的影響，如制造工藝和結(jié)構(gòu)等，都會(huì)影響隔離效果。

圖1 PLC電源干擾

2 PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施

2.1 硬件措施

（1）針對(duì)空間電磁輻射干擾來(lái)講，在提升PLC控制系統(tǒng)抗干擾能力的過(guò)程中，電磁場(chǎng)大小在設(shè)備中的體現(xiàn)以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分布等因素都將造成嚴(yán)重的空間電磁輻射，它將對(duì)PLC控制系統(tǒng)的頻率產(chǎn)生直接的影響，通常情況下，要想加大對(duì)PLC控制系統(tǒng)的保護(hù)力度，需要對(duì)高壓泄放元件、PLC局部屏蔽以及屏蔽電纜等進(jìn)行設(shè)置，從而有效預(yù)防系統(tǒng)內(nèi)部主要元件受到空間電磁輻射的干擾，如編程器、中央處理器和電源變壓器等[3]。在加大屏蔽處理力度的過(guò)程中，需要提升相關(guān)材料的導(dǎo)磁性，從而杜絕外界信號(hào)對(duì)其的影響。

（2）針對(duì)電源干擾來(lái)講，在提升PLC控制系統(tǒng)抗干擾能力的過(guò)程中，首先應(yīng)當(dāng)明確毛刺和畸變現(xiàn)象在電壓中的產(chǎn)生是由電源波動(dòng)導(dǎo)致的，從而很容易影響I/O和PLC模塊，所以，在選擇電源的過(guò)程中，應(yīng)確保其擁有良好的隔離性和性能。

+5V電源應(yīng)被應(yīng)用于微處理器核心位置，此處應(yīng)當(dāng)對(duì)多級(jí)濾波處理進(jìn)行應(yīng)用，在對(duì)其進(jìn)行調(diào)整的過(guò)程中，還需要應(yīng)用集成電壓調(diào)整器，從而促使其免受欠電壓、過(guò)電壓以及波動(dòng)帶來(lái)的影響[4]。同時(shí)，盡量將平行走線應(yīng)用于電源線中，促使低阻抗現(xiàn)象產(chǎn)生于電源線對(duì)地當(dāng)中，從而促使電源噪聲對(duì)PLC控制系統(tǒng)的干擾降低。同時(shí)，還可以安裝隔離變壓器，其擁有1：1的變比，并附有屏蔽層，從而促使干擾在地和設(shè)備之間減少等。

在對(duì)隔離變壓器進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，應(yīng)注意以下環(huán)節(jié)：確保良好的接地現(xiàn)象產(chǎn)生于屏蔽層中；將雙繞線應(yīng)用于次級(jí)連接線中，次級(jí)繞組和初級(jí)繞組在隔離變壓器中應(yīng)對(duì)屏蔽層進(jìn)行加設(shè)，同時(shí)屏蔽層還應(yīng)當(dāng)被應(yīng)用于初、次級(jí)之間，零線在交流電網(wǎng)中應(yīng)連接初級(jí)屏蔽層；直流端應(yīng)同初、次級(jí)間屏蔽層和次級(jí)屏蔽層進(jìn)行連接。

2.2 軟件措施

（1）數(shù)字濾波。模擬量信號(hào)存在于較低的信噪比中，其較大的波動(dòng)會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)瞬時(shí)干擾中形成，在對(duì)這一干擾進(jìn)行控制和計(jì)算的過(guò)程中，如果單純應(yīng)用瞬時(shí)采樣植，容易導(dǎo)致誤差加大，因此，應(yīng)用數(shù)字濾波法至關(guān)重要。A/D可以轉(zhuǎn)換現(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)，可以促進(jìn)離散數(shù)字信號(hào)的生成，接下來(lái)可以以時(shí)間順序?yàn)橐罁?jù)將這些新的數(shù)據(jù)在PLC中進(jìn)行儲(chǔ)存；接下來(lái)在處理這些數(shù)據(jù)的過(guò)程中，可以對(duì)數(shù)字濾波程序進(jìn)行應(yīng)用，從而對(duì)噪聲進(jìn)行濾除，并取得單純信號(hào)，最終提升噪聲干擾的抑制效果。

（2）軟件容錯(cuò)。要想促使可靠性在PLC控制系統(tǒng)中得以提升，及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤信號(hào)，并有針對(duì)性的采取措施對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行排除，可以對(duì)軟件容錯(cuò)技術(shù)進(jìn)行充分的應(yīng)用[5]。一方面，計(jì)數(shù)器存在于PLC內(nèi)部，從而促使“抖動(dòng)”干擾在輸入元件觸點(diǎn)中得以消除，而外界干擾的存在，在接通輸入元件的過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致時(shí)斷時(shí)續(xù)的“抖動(dòng)”產(chǎn)生于觸點(diǎn)中，此時(shí)可以通過(guò)計(jì)數(shù)器展開(kāi)科學(xué)編程來(lái)消除干擾。

圖2 PLC軟件編制抗感染措施

另一方面，內(nèi)部定時(shí)器存在于PLC中，PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，很容易導(dǎo)致誤信號(hào)在輸入端屏蔽過(guò)程中產(chǎn)生，程序在進(jìn)行循環(huán)時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生永久不變的各工步動(dòng)作時(shí)間，而同工步一同產(chǎn)生的還包括行程開(kāi)關(guān)發(fā)出的信號(hào)，同時(shí)包含光電開(kāi)關(guān)在內(nèi)的其他敏感元件也會(huì)發(fā)出信號(hào)。在這一特點(diǎn)基礎(chǔ)上，可以對(duì)兩個(gè)內(nèi)部定時(shí)器進(jìn)行設(shè)定和應(yīng)用，促使PLC在采樣的過(guò)程中，僅在該開(kāi)關(guān)正常發(fā)信號(hào)的時(shí)候進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其他一切干擾信號(hào)的屏蔽。

例如，在提升軟件抗干擾能力的過(guò)程中，可以應(yīng)用“看門狗”提升監(jiān)控功能。輔助繼電器等元器件和定時(shí)器等存在于PLC內(nèi)部，在提升這部分元件的穩(wěn)定性過(guò)程中，可以對(duì)門狗監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)各個(gè)元器件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)掌握，并及時(shí)消除誤信號(hào)和誤動(dòng)作，在將警戒時(shí)鐘進(jìn)行設(shè)置的基礎(chǔ)上，如果警戒時(shí)鐘時(shí)限被系統(tǒng)循環(huán)掃描時(shí)間超過(guò)，則說(shuō)明程序未響應(yīng)，那么就會(huì)馬上發(fā)出警報(bào)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，PLC控制系統(tǒng)綜合了多種先進(jìn)技術(shù)，在運(yùn)行過(guò)程中呈現(xiàn)出良好的控制能力和可靠性，但是，由于其運(yùn)行環(huán)境過(guò)于復(fù)雜，因此很容易受到空間輻射、電源等方面的干擾，在這種情況下，相關(guān)工作人員必須從軟件和硬件兩個(gè)角度出發(fā)，在改善系統(tǒng)整體性能以及抗干擾能力的基礎(chǔ)上，促進(jìn)PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的提升，才能夠?yàn)槲覈?guó)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

[1]黃 海.PLC控制系統(tǒng)中干擾信號(hào)源分析及抗干擾措施[J].現(xiàn)代企業(yè)教育，2014，18：169.

[2]張樣?jì)?PLC控制系統(tǒng)存在的電磁干擾和抗干擾對(duì)策分析[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2015，20：180～182.

[3]葉春華.PLC控制系統(tǒng)在動(dòng)車組應(yīng)用中的抗干擾措施[J].科技信息（學(xué)術(shù)研究），2014，03：285+288.

[4]鄭溢輝.PLC控制應(yīng)用系統(tǒng)的干擾源分析及抗干擾措施探究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，04：84.

[5]張艷梅.PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾來(lái)源和抗干擾設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，26：128.

TP273

A

1004-7344（2016）33-0276-02

2016-11-5