電氣控制與PLC控制系統抗干擾問題研究

王博　董志

摘 要：PLC控制系統在工作過程中會受到其他的一些影響，所處的電氣自動化設備通常會在使用時發出電壓高輻射以及高電流，對PLC控制系統的正常運行產生副作用。所以，干擾現象是影響整個控制系統的根本問題，在設計中要求設計者充分了解所有可能發生的干擾的性質，并且還要根據了解到的內容來進行優化設計，這樣才可以確保控制系統的穩定運行。本文將會對PLC控制系統的干擾源展開研究并且會針對一些抗干擾方案進行探討。

關鍵詞：電氣控制 自動化設備 抗干擾 PLC控制系統

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（b）-0039-02

1 PLC控制系統的大致受干擾狀況

根據以往的使用經驗可以知道，PLC控制系統在工作過程中通常會用到各種各樣的模擬信號、數字信號等電子信號，以及在輔助電路的設計中還會加入一些繼電器、變頻器、電源之類的電路元件，這些信號或者原件在運行時會產生幅度或者頻率變化很大的磁場，然后變化的磁場將會引起電路中電荷無序移動，進而產生噪聲源、也就是所謂的干擾源。一般由電磁引起的干擾源稱為電磁干擾源，這些干擾源的種類有很多種，不論是偶發干擾還是差模干擾等其他的干擾都會對PLC控制系統造成無法預估的影響。微小干擾作用可能會造成IO點的燒壞，而嚴重的干擾作用則會導致設備電路的大面積壞死，進而會導致設備撞車甚至伴隨有工作人員的受傷。因此，PLC控制系統的抗干擾問題不可忽視。

2 PLC控制系統的干擾源

2.1 空間的電磁、輻射干擾

實際上在地球的任何一個角落都會有或多或少的輻射，這些輻射有的一般就會在我們身邊，如無線網絡輻射、信號塔輻射、家用電器輻射等，一般情況下PLC控制系統在工作時都會距離這些輻射較遠，所受的影響較小。但如果距離較近的化則會發生輻射信號和電路的感應效果，然后則會改變IO點的工作狀態，進而產生錯誤的數據。

2.2 電源的干擾

一個完整的PLC控制系統是基于一個良好的電源，因此電源的穩定性至關重要，決定了系統的性能和狀態。一般在PLC控制系統工作過程中很多的故障都是由電源引起的。由以往的故障經驗可以知道，PLC控制系統的電源都是從電網直接接入，而電網并不是單獨供電的，電網在給PLC控制系統供電過程中同時還在為其他大大小小的用電設備供電，這些設備尤其是大型設備的運行會引起電路中的電機轉動諧波這類不穩定信號，還會伴隨有變壓器的突變或者短路沖擊等，這些因素都會對電網產生影響。

2.3 信號線引入的干擾

PLC控制系統通常較為復雜，一般有各類執行器，比如變頻器、力矩馬達等，除此之外還會接入一些輸入裝置，如開關按鈕等，不論是執行器還是輸入裝置，在運行時都會和PLC控制系統相互作用，進行信號的互換，雖然在信號呼喚過程中大部分都是有價值的信號，但是一般信號線的質量不太高，另外還會有絕緣性能、長度等因素都會有不好的影響，導致信號線在信號傳輸時會被雜波信號干擾到，這些干擾信號或多或少都可能會改變電路的IO點，進而導致PLC控制系統工作狀態變差。

3 PLC控制系統抗干擾辦法

前文論述的干擾源都可能會對PLC控制系統產生較大的影響，因此如果要想優化PLC控制系統的抗干擾能力，就要充分理解以上的干擾源，然后根據結論設計出合適的優化方案并加以實施，這樣才能改善系統的性能，延長系統使用壽命。

3.1 使用合適的電源

合適的電源可以滿足PLC控制系統最基本的需要，確保系統的運行穩定性。PLC控制系統的電源一般采用家用220V交變電流，由于電源電網的變化發生頻率較高，進而導致進入控制系統的電壓會發生畸變等，這類變化進入系統后會通過執行裝置、電路各個元件以及傳感器等。所以在電源優化方案中，要盡量使用隔離性能良好的電源，然后要對高頻信號加以限制，通常可以采用隔離器來進行抑制，同時不可忽略傳輸線的負面作用，一般使用雙絞線代替其他的傳輸線，這樣可以很大程度減弱雜波信號的干擾。另外電源中還會伴隨有大功率變頻器的高頻諧波的干擾，所以要使用低通濾波器來對這些高頻諧波削弱甚至達到消除。電源在引入時要盡量遠離一些信號源，如果難以避免這些信號源，則可以用金屬板來隔離電磁輻射。一些PLC控制系統會采用24V直流電源進行供電，所以在選擇電源時應當充分考慮電源的功率大小以及穩定性，如果功率較低則難以驅動IO，進而引起其他信號紊亂。

3.2 選擇合適的信號傳輸電纜

在PLC控制系統的組成部分中，線纜的作用也是十分重要的。線纜的長度、絕緣性能以及傳輸能力都會對信號的傳輸產生顯著的影響。在傳輸電纜的抗干擾研究中，提升信號傳輸質量可以大大提高傳輸性能，對于變頻裝置饋電電纜更是有十分優良的作用。其次，屏蔽層可以有效阻擋外來的干擾，所以在使用時要在傳輸電纜外面包上適量的屏蔽層。另外，供電線、通信線還有信號線的傳輸的信號不同，所以要使用不同的傳輸線纜，并且供電線和信號線的傳輸線纜不可以合并，應當分開鋪設。信號線與通信線也要和前面一樣分開鋪設，這樣才能使每種傳輸線的傳輸相對隔離，避免產生信號的干擾。而對于高頻信號的傳輸過程應當使用同軸電纜。如果在信號傳輸時出現毛刺現象，則要選用合適的濾波器來改善傳輸效果，強化抗干擾能力。

3.3 選用合適的濾波器

在實際使用中濾波器的種類各種各樣，每種濾波器都有其特定的功能，所以在使用過程中應當充分了解電路的特征，根據得到的研究結論來選擇合適的濾波器并且加入到電路中。此外，濾波器的質量也會很大程度影響系統的抗干擾能力，一個良好的濾波器可以充分過濾所要遺棄的波狀，進而提升電路的穩定性。PLC控制系統的抗干擾能力不僅在于濾波器的選擇和其質量，還與濾波器的安裝息息相關。如果安裝的不合適則會浪費濾波器的性能，達不到所需要的效果。

3.4 選擇性能良好的PLC主機和拓展模塊

PLC的硬件設計應滿足實際工作需要，在數字量輸入輸出方面使用光耦合器件，另外PLC內部電路通常要與外部電路形成電氣隔離，這種情況下可以有信號阻擋效果，將大部分外部電路的信號隔離在外。除此之外，PLC的電源線路中含有多重濾波電路，這樣可以過濾大量額外的干擾信號，同時I/O回路也加入了此類濾波電路。但是市場上品牌琳瑯滿目，型號也多種多樣，每種型號和品牌的功能強弱也各不相同，所以要根據應用場合以及實際設計需要來選擇合適的型號，對不同品牌也要斟酌考慮，這樣最終才能夠選擇性能良好的PLC主機和拓展模塊。

4 結語

綜上所述，我國的科技進步以及經濟發展離不開電氣自動化行業的支撐，在工業生產的發展中電器自動化也提供了很大的幫助。但是電氣自動化的自身發展仍然有一些不足，在PLC控制系統方面仍然有一些不穩定的因素導致系統產生故障，系統無法完全正常工作來對電氣自動化控制。所以工程技術人員應當在研究設計時充分了解PLC控制系統所受的干擾原因，理解每個干擾因素，進而才可以制作出改善方案，完善PLC控制系統的不足，確保系統的穩定運行，最終實現電氣自動化的優越性能。

參考文獻

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