PLC程控系統(tǒng)抗干擾技術(shù)分析

摘 要：當前的社會發(fā)展背景下，我國的科學技術(shù)發(fā)展水平一直在迅猛提升，各類科學技術(shù)手段開始融入到各行各業(yè)之中，極大地推動了行業(yè)的發(fā)展，為各個領(lǐng)域帶來了極大的經(jīng)濟效益。基于此，筆者針對工業(yè)自動化中常用的PLC程控系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)進行了分析，而后提出了相關(guān)建議，以下為詳述。

關(guān)鍵詞：PLC程控系統(tǒng)；干擾分析；抗干擾技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.113

可編程控制器在傳統(tǒng)的順序控制器層面融入了微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、以及通訊技術(shù)，形成了一套新式的工業(yè)控制裝置，逐步構(gòu)建了一個系統(tǒng)化的柔性程控系統(tǒng)。PLC控制技術(shù)在未來將引領(lǐng)工業(yè)自動化控制的潮流，各種不同種類型的PLC會應(yīng)用在各類自動化控制系統(tǒng)中，但它們所處的工作環(huán)境可能為強電電路造成的惡劣電磁環(huán)境，同時還具有強腐蝕性以及劇烈震動等。例如，安裝在火電廠生產(chǎn)現(xiàn)場的就地箱體中，或者安裝在高壓配電間的大電流運行電氣設(shè)備旁，這些環(huán)境都無法確保PLC系統(tǒng)的可靠運行。因此，PLC程控系統(tǒng)只有具備了較強的抗干擾性能，才能使其達到穩(wěn)定運行、精準控制的目的。PLC程控系統(tǒng)抗干擾技術(shù)應(yīng)當具備一定的便捷性、適應(yīng)性、以及有效的抗干擾性，同時它的軟件實現(xiàn)方式也應(yīng)較為簡潔，以便在工業(yè)控制領(lǐng)域中得以充分應(yīng)用。對此，筆者基于PLC程控系統(tǒng)抗干擾技術(shù)進行了系統(tǒng)化的分析。

1 PLC程控系統(tǒng)的干擾因素分析

PLC程控系統(tǒng)的干擾因素主要可分為以下三點：

（1）PLC供電電源干擾。從電源干擾層面進行分析，可總結(jié)為射頻干擾以及電壓波動，這種干擾可由電源引入至PLC裝置中。

（2）PLC輸入輸出信號干擾。從傳輸線路的干擾層面進行分析，電源線和信號線兩者間可能會因寄生電容而出現(xiàn)靜電耦合效應(yīng)，或是因布線間的互感而出現(xiàn)磁場耦合的干擾問題。

（3）PLC系統(tǒng)接地布置混亂。因單點接地、多點串聯(lián)接地、多點并聯(lián)接地方式混用，或接地不良而導致干擾。

2 PLC程控系統(tǒng)的干擾問題分析

2.1 對于信號線引入的干擾問題分析

PLC控制系統(tǒng)所連接的信號傳輸線體現(xiàn)出了一定的繁雜性，除了有效的信息數(shù)據(jù)以外，還會對干擾信號的信息進行傳輸，而后侵入到系統(tǒng)之中。這種干擾主要有兩種方式，其一為現(xiàn)場變送器的電源供電、信號儀表供電過程中所引發(fā)的電網(wǎng)干擾問題。其二為信號線受到空間范圍內(nèi)的電磁輻射所引起的干擾，此種干擾問題較為嚴重。這些問題產(chǎn)生的干擾將會導致PLC系統(tǒng)在接收、處理信號時出現(xiàn)異常，從而引起數(shù)據(jù)測量精度下降，情況嚴重時甚至可導致元器件出現(xiàn)損傷[1]。

2.2 對于混亂接地系統(tǒng)的干擾問題分析

良好的接地系統(tǒng)可以提高電氣設(shè)備的抗干擾性，實施合理的、科學的接地方式可以對設(shè)備向外發(fā)出的干擾問題進行抑制，同時也能對設(shè)備受到的電磁干擾影響予以削弱。如果PLC程控系統(tǒng)的接地布置混亂，其每一個接地點電位的分布也較為不均勻，那么不同位置的接地點之間具有地電位差，則接地系統(tǒng)容易形成環(huán)路電流，從而出現(xiàn)系統(tǒng)輸出不動作或者誤動作。不良的接地系統(tǒng)對PLC運行的影響甚至比不接地情況更差。

2.3 對于輻射干擾問題的分析

PLC程控系統(tǒng)之中的電磁場干擾問題大多來自于空間范圍內(nèi)的輻射電磁場干擾。所謂的空間范圍內(nèi)輻射電磁場問題，一般都是電氣設(shè)備的電路網(wǎng)絡(luò)暫態(tài)過程、無線電廣播、高頻感應(yīng)、雷電以及雷達等所引發(fā)的電磁場問題，對回路的導線、線路等予以調(diào)制，這樣就會增強其本身的分布復雜性。

輻射干擾所帶來的負面影響，一般都是通過兩個途徑來實現(xiàn)的，一是PLC系統(tǒng)內(nèi)部輻射問題所產(chǎn)生的電路感應(yīng)干擾，二是PLC通信網(wǎng)絡(luò)的輻射問題，此問題一般都是通信系統(tǒng)線路運作所帶來的干擾。

2.4 對于PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾問題分析

這一問題主要是因為系統(tǒng)內(nèi)部的電路或是元器件之間的電磁輻射引起的，比如邏輯電路之間所產(chǎn)生的互相輻射效應(yīng)給模擬電路造成的影響，而模擬地和邏輯地之間的影響也會出現(xiàn)不合乎規(guī)范的情況。

這些干擾問題都是PLC系統(tǒng)制造廠商所需要考慮的設(shè)計關(guān)鍵點，應(yīng)用部門不必過多的分析和考慮。但是在工程實際應(yīng)用中，應(yīng)當通過實驗測試結(jié)果來確定PLC選型，為現(xiàn)場使用選擇最為適合的產(chǎn)品型號。

3 對于抗干擾方式的探究

使用性能較佳的電源可以對電網(wǎng)內(nèi)的干擾問題予以抑制，PLC程控系統(tǒng)供電電源通常情況下都會使用隔離性能較佳的電源，同時每一個電源都應(yīng)當具有自身獨立的配線。隔離變壓器的一次側(cè)接AC380V為最佳，最大程度的避免地電流干擾問題。

變送器的供電電源或是PLC系統(tǒng)所連接的儀表供電電源等，都會使用不間斷供電電源，它也是PLC系統(tǒng)的最佳電源之一。

3.1 從電纜的敷設(shè)和選擇層面進行分析

要想將動力電纜輻射電磁干擾問題的出現(xiàn)予以減少，就應(yīng)當使用銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，進而起到輻射干擾的規(guī)避作用。

每一種不同種類的信號都會具有極具差異性的電纜傳輸效果，信號電纜應(yīng)當參照傳輸信號的實際類別來完成敷設(shè)工作，應(yīng)當防止出現(xiàn)使用同一電纜的多根線芯分別傳送信號、動力電源的行為。

如果要使信號電纜和動力電纜并行放置，就應(yīng)當令二者之間的距離為300毫米以上，如若二者同時放置在一個電纜槽內(nèi)，則應(yīng)當將它們的距離至少控制在100毫米以上，同時還應(yīng)當使用接地效果較佳的金屬板將兩者隔開，以屏蔽動力電纜帶來的電磁干擾[2]。

3.2 硬件、軟件抗干擾方式

當信號接入計算機之前，應(yīng)當和大地之間實現(xiàn)電容的連接，降低共模干擾所帶來的負面影響。信號兩極的位置還應(yīng)當加設(shè)濾波器，可最大程度的降低差模干擾。

如果行程開關(guān)或是按鈕作為信號輸入時，應(yīng)當對抖動問題盡可能避免。同樣，若是繼電器的節(jié)點作為輸入信號，則可能偶爾會出現(xiàn)瞬間跳動的現(xiàn)象，這時就會引發(fā)系統(tǒng)出現(xiàn)誤動作。此時在PLC程序中可使用定時器延時功能，將這類問題予以消除。結(jié)合現(xiàn)場觸點的抖動情況以及系統(tǒng)的實際運行要求，確定最為合適的延時時間，待觸點閉合或斷開穩(wěn)定后，PLC方可執(zhí)行下一環(huán)節(jié)的程序。endprint

針對模擬信號，則可使用多種類的軟件濾波方式，以提高數(shù)據(jù)測量的精準度和可靠性。在此過程中，應(yīng)當確保信息數(shù)據(jù)采樣多次且連續(xù)，還應(yīng)當根據(jù)采樣數(shù)據(jù)的種類將其放置在相應(yīng)的寄存器中，再通過取平均值等數(shù)據(jù)處理方式得出有效數(shù)值。

3.3 繼電器、接觸器的使用

PLC的輸入、輸出端口在設(shè)備內(nèi)部都應(yīng)已使用光電耦合器進行信號隔離，達到減少干擾的目的。但為了徹底避免現(xiàn)場信號可能帶來的強電干擾，保證PLC設(shè)備運行安全，還應(yīng)當使用繼電器對輸入、輸出信號進行隔離。在此過程中，若想控制不同等級電壓的輸出，應(yīng)當使用相應(yīng)電壓等級的接觸器配合繼電器實現(xiàn)。

3.4 對接地系統(tǒng)的完善措施分析

PLC程控系統(tǒng)屬于高速低電平的控制裝置，因此應(yīng)當使用直接接地的方式。PLC程控系統(tǒng)接地一般使用多點串聯(lián)接地或是單點接地方式。值得一的是，集中布置的PLC程控系統(tǒng)更加適合使用多點并聯(lián)接地方式。每個PLC裝置柜的接地排，都應(yīng)當接至所在配電室的接地端并可靠連接。如若各PLC裝置間的距離相對較大，那么應(yīng)當使用多點串聯(lián)的接地方式。例如，使用截面積較大的銅母線完成每個PLC裝置柜接地排的連接，然后將離配電室接地端最近的裝置柜接地排用銅母線直接連接到配電室接地端。需要注意的是，PLC裝置柜內(nèi)各設(shè)備器件的接地線應(yīng)當使用截面積超過2.5平方毫米的銅導線接至柜內(nèi)接地排，而柜體接地排及其連接用的銅母線的截面積應(yīng)當超過50平方毫米。在配電室接地良好的情況下，保證各PLC裝置柜的接地電阻不超過1Ω。

分析至此，可見在PLC程控系統(tǒng)運行的各環(huán)節(jié)中，會涉及到諸多的干擾因素，容易產(chǎn)生各種問題，體現(xiàn)了整個系統(tǒng)的繁雜性。因此，抗干擾設(shè)計可謂是PLC系統(tǒng)中需要重點考慮的問題之一。要想使PLC程控系統(tǒng)的運行更為穩(wěn)定、可靠，必須要結(jié)合工作現(xiàn)場的實際運行環(huán)境，給出相應(yīng)的干擾解決方案。

4 結(jié)束語

綜上所述，想要有效地解決PLC程控系統(tǒng)運行過程中的干擾問題，需要對其所處的工作環(huán)境進行系統(tǒng)的探究，制定針對性的抗干擾方案，最終實現(xiàn)PLC程控系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、安全性、高效性。筆者基于此問題進行了相應(yīng)分析，希望可以給有關(guān)人士借鑒、思考。

參考文獻：

[1]周冬生，王呈方.程控機械手肋骨冷彎機PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計[J].武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2012，28（05）：710-712，716.

[2]張存禮.PLC控制系統(tǒng)的干擾源分析與抗干擾措施[J].電氣傳動，2013，37（01）：51-54.

作者簡介：段然（1986-），男，江蘇南京人，本科，工程師，研究方向：電氣自動化，從事電除塵電氣設(shè)備程控系統(tǒng)研發(fā)工作。endprint