PLC控制系統(tǒng)常見干擾及應(yīng)對措施

趙孝武

摘 要：PLC抗干擾能力強有利于整個系統(tǒng)穩(wěn)定的運行，文章從探究干擾PLC的影響因素上分析，研究了從硬件和軟件上如何進(jìn)行抗干擾，提出了相應(yīng)的抗干擾措施，硬件能夠抑制干擾源，軟件對抗干擾具有輔助作用，在這兩方面進(jìn)行抗干擾的優(yōu)化，能夠提升PLC系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；抗干擾；硬件；軟件

中圖分類號：TM921.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0158-02

引言

PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力與系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性有很大關(guān)系，本文首先對干擾因素進(jìn)行分析，確定了干擾因素主要有空間輻射，系統(tǒng)本身的干擾和系統(tǒng)外部的干擾，并且根據(jù)這些干擾因素，提出了具有針對性的建議，從硬件和軟件兩部分內(nèi)容上進(jìn)行抗干擾，硬件抗干擾主要是阻斷干擾源，對干擾源進(jìn)行控制，但是硬件抗干擾并不能完全阻斷干擾，因此又研究了軟件抗干擾，將硬件抗干擾與軟件抗干擾進(jìn)行結(jié)合，就可以有效的應(yīng)對干擾，實現(xiàn)PLC的穩(wěn)定運行。

1 干擾PLC控制系統(tǒng)的因素分析

1.1 輻射干擾

通過空間以電磁波形式傳播的電磁干擾稱為輻射干擾，是由高頻感應(yīng)設(shè)備、電力網(wǎng)絡(luò)、大型整流變壓變頻設(shè)備、無線電廣播、雷達(dá)、雷電、電視等運行產(chǎn)生的。如果PLC控制系統(tǒng)處在輻射中，則它的數(shù)據(jù)線、電源線和信號線都會轉(zhuǎn)變?yōu)樘炀€，因此受到輻射的干擾[1]。這其中，主要是兩個路徑，一是對PLC內(nèi)部電路感應(yīng)的輻射干擾，二是對PLC網(wǎng)絡(luò)通訊線路的輻射干擾[2]。

1.2 系統(tǒng)本身的干擾

PLC系統(tǒng)本身也會產(chǎn)生干擾，這主要是由于系統(tǒng)中各電路和元器件的輻射所產(chǎn)生的，如元器件之間不匹配、信號之間相互影響、邏輯電路之間有輻射等，在使用過程中系統(tǒng)本身的干擾不能消除，但是在系統(tǒng)選擇上要盡量選擇經(jīng)過多重實驗檢驗的PLC控制系統(tǒng)。

1.3 外部干擾

首先是電源干擾，這又分為三個層面：一是PLC控制系統(tǒng)中大型設(shè)備的啟用和關(guān)停造成的欠電壓和過電壓等；二是電網(wǎng)短路造成的沖擊、工業(yè)電網(wǎng)大型設(shè)備啟動或者停止、交直流傳動裝置所引起的諧波等；三是SCR、IGBT、GTO等運行期間產(chǎn)生的高次諧波、寄生振蕩、噪聲等，這些都會對PLC造成干擾，產(chǎn)生很大的危害[3]。其次是信號傳輸干擾，PLC各類信號輸出線，在信息傳輸過程中，受空間輻射干擾，或者通過公用信號或者變送器進(jìn)行干擾，這些被稱作是容性耦合干擾和感性耦合干擾。最后是接地系統(tǒng)的干擾。PLC系統(tǒng)的地線包括模擬地、數(shù)字地、直流地、保護(hù)地、屏蔽地、信號地等，接地良好可以保證PLC的可靠運行，接地的混亂可能造成電位分布不均勻和電位差的存在而引起干擾，這會影響PLC的正常穩(wěn)定運行。

2 硬件抗干擾的措施

2.1 空間電磁輻射抗干擾

PLC的電磁輻射干擾分為差模干擾和共模干擾，濾波元件是差模干擾的主要抑制器，讓一只濾波電容接在兩根電源線上，可以形成簡單的濾波電路，這能夠有效的起到抗干擾的作用，此外，采用屏蔽和隔離的方式也能夠很好地抗擊干擾；對于抑制共模干擾，最簡單的辦法就是在信號線上加裝一個共模扼流圈，就能起到很好的抑制效果。

2.2 高性能的電源

PLC干擾中有70%的干擾是從電源耦合中進(jìn)入系統(tǒng)的，因此選擇高性能的電源可以有效地進(jìn)行抗干擾。首先，可以將直流傳感器電源接地，然后選用隔離性質(zhì)的電源，在一次側(cè)和二次側(cè)分別加裝屏蔽層，注意要將屏蔽層接地，并且，為了防止再次出現(xiàn)共模干擾，可以將輸入線和輸出線都采用雙絞線。實踐中運用此方法進(jìn)行多層抗干擾，則效果非常好。其次，要選用具有較強抗干擾能力的濾波器，可以防止系統(tǒng)本身存在較大的輻射干擾，若存在嚴(yán)重干擾的時候，可以將濾波器接入電源之后，通過隔離變壓器來抗干擾。再次，可以運用隔離供電的方式，將PLC設(shè)備、I/O設(shè)備等分別由自己的供電設(shè)備供電，與總電路分開。也可以選擇不同的配電器與變送器分別與控制系統(tǒng)相連，進(jìn)行多次隔離，加強抗干擾效果，最后，為了供電的可靠，可以選用在線式不間斷供電來阻斷干擾，實現(xiàn)電源方面干擾的隔離和減弱。

2.3 I/O信號抗干擾

這分為四個方面的內(nèi)容：其一，當(dāng)輸入為感性元件時，閉合觸點會有電弧產(chǎn)生，斷開觸點則會出現(xiàn)反電勢，直流電路可以通過并聯(lián)二極管解決問題，交流電路可以通過并聯(lián)RC解決問題；其二，輸出為感性負(fù)載時，交流負(fù)載中，可以通過在負(fù)載兩側(cè)并聯(lián)RC浪涌吸收裝置或者是壓敏電阻來抗干擾，壓敏電阻的額定電壓值應(yīng)該在電源電壓最大值的1.3倍以上，在進(jìn)行RC串聯(lián)后，RC應(yīng)該靠近負(fù)載，直流負(fù)載中，可以讓繼電器線圈觸頭與聯(lián)續(xù)流二極管并聯(lián)解決問題；其三，長線傳輸中的光耦浮置的處理，在較長的線路中，運用兩極光電耦合，將線路浮置，切斷環(huán)路，可以解決阻抗匹配問題，并且還可以消除噪聲電壓和保護(hù)系統(tǒng)，如圖1所示；其四，I/O信號漏電處理，當(dāng)信號源時，為了降低外部負(fù)載電流和輸入電流，減少阻抗，可以通過在輸入輸出端口處并聯(lián)旁路電阻。

2.4 外部配線

PLC的穩(wěn)定可靠運行與外部配線如何設(shè)計也有很大的關(guān)系，尤其是距離較遠(yuǎn)間的傳送，運用屏蔽線和雙絞線是有效的抗干擾方法。屏蔽線對磁場干擾的屏蔽和電場干擾的屏蔽都有很明顯的效果。雙絞線兩個相鄰的節(jié)點在同一個導(dǎo)體上會產(chǎn)生相反的電動勢，可以很好地抗干擾。

2.5 完善接地系統(tǒng)

一個好的接地系統(tǒng)可以保證PLC的安全高效運行，還可以抑制外來干擾，并且還能夠減少PLC對外界釋放二次污染。系統(tǒng)接地方式可以分為浮地式接地、電容式接地和直接接地，PLC控制系統(tǒng)中選擇直接接地。

3 軟件抗干擾措施

硬件抗干擾措施在很大程度上抑制了干擾，但是很少有消除的時候，因此還需要在軟件上去努力，消除干擾。

3.1 消除“抖動”干擾

元件在接通時，有時會因為接觸的時斷時續(xù)而產(chǎn)生錯誤的信號，通常來講，在用普通的輸出法時，如果輸入的數(shù)據(jù)發(fā)生抖動時，輸出的數(shù)據(jù)同樣會發(fā)生抖動，這時，在算法中加入一個定時器，將輸出延時，讓輸入的觸點接通時長大于延時的時間，則干擾會被過濾掉，不會對輸出有影響。

3.2 互鎖程序保護(hù)

為了進(jìn)一步提升PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性，只有軟件互鎖是不夠的，應(yīng)該在硬件與軟件中加入互鎖功能，當(dāng)觸點燒死，接觸器線圈失電，輔助觸點在物理上并沒有斷開，就會造成三線電源短路。但是在PLC接線過程中，在硬件和軟件中同時加入互鎖功能，能夠保證正反接觸器不會在同一時間接通，即不會同時存在電壓，避免發(fā)生三相短路事故。

3.3 數(shù)字濾波

數(shù)字濾波的運用能夠有效的降低信號的信噪比，模擬信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，可以存在不同的數(shù)據(jù)寄存器當(dāng)中，利用數(shù)字濾波將干擾信號過濾掉，留下有效的信號。常用的數(shù)字濾波方式有滑動平均值濾波（遞推平均濾波法）、防脈沖干擾均值濾波（中位值平均濾波法）、程序判斷濾波（限幅濾波法）、算數(shù)平均值濾波和中值濾波等。

3.4 軟件容錯

干擾信號較多，I/O長距離傳輸信號、現(xiàn)場輻射較強等多種原因都會引起I/O信號輸出產(chǎn)生錯誤，運用容錯技術(shù)能夠在信號出現(xiàn)錯誤時，及時進(jìn)行改正補救，保證PLC控制系統(tǒng)正常可靠運行。軟件容錯主要包括三個方面的內(nèi)容：一是軟件延時，對于控制、開關(guān)量、檢測信號這類易抖動的應(yīng)該加裝延時器，對同一信號進(jìn)行多次讀取，可以有效消除干擾；二是對死循環(huán)處理，在程序死循環(huán)時，要分清是主故障還是次故障，再對其進(jìn)行處理；三是程序修復(fù)技術(shù)，在程序運行過程中，若出現(xiàn)故障，可以重復(fù)行使指令，若執(zhí)行多次之后成功，這說明之前存在干擾，現(xiàn)已被消除，若依然沒成功，則可能程序本身存在錯誤。

4 結(jié)束語

隨著PLC控制系統(tǒng)的廣泛使用和相應(yīng)技術(shù)的不斷提升，PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)越來越復(fù)雜，受到的干擾越來越多，需要防控的干擾也越來越多，PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力對整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行起著非常重要的作用。本文作者通過實踐中的研究，找出了PLC運行過程中的干擾因素，并且從全方面考慮，運用硬件和軟件并行的措施來加強PLC控制系統(tǒng)抗干擾的能力，有效降低了PLC控制系統(tǒng)出故障的幾率，增強了PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力，有利于PLC控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行，在廣泛的應(yīng)用中，取得了良好的經(jīng)濟效益。

參考文獻(xiàn)：

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