PLC運行失效的引起的思考

高峰

摘要：本文主要通過一次PLC運行的失效進行分析，研究失效時的原因，電磁輻射干擾的方式和原因，提出解決措施的辦法，希望本文對遇到類似故障能起到一定的參考意義。

關鍵詞：PLC；射頻干擾；解決措施

中圖分類號：TM571.6 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）04-0011-02

在廣播電視發射臺中，電磁輻射是正常的工作信號，這些正常的信號也帶來了設備工作的不穩定的因素，往往使正常運行的設備工作失效，造成發射設備工作不穩定，帶來偶發性的故障，嚴重的影響了安全播出的效果，由于是突發性的故障，更嚴重會帶來發射及附屬設備如電子管的損壞。本文主要通過一次PLC運行的失效進行分析，研究失效時的原因，電磁輻射干擾的方式和原因，提出解決措施的辦法，希望本文對遇到類似故障有參考意義。

1 PLC失效的分析

這套PLC系統使用的是羅克韋爾的設備，系統主要分為，PLC控制系統、開關位置信號取樣、閉鎖機構和執行機構四大部分組成。工作原理是，按照預設的時間讓開關切換到指定的位置，當開關到位后，開關到位的位置信號反饋給PLC開關到位，開關到位后閉鎖機構鎖住，發射設備可以加上高壓，如果在開關不到位時，閉鎖機構解鎖，發射設備無法加上高壓，對發射設備，倒換開關進行保護[1]。PLC控制系統（閉鎖機構在閉鎖狀態）如圖1所示。

在發射設備正常運行過程中，根據統計發現工作在11.9MHz、13.7MHz、15.3MHz、17.9MHz時，發射設備頻繁掉高壓后自動合上。經過故障排查發現閉鎖機構在上述頻率時候不斷打開，造成發射設備頻繁的掉高壓。經過多次故障分析，檢查發現PLC程序中，開關位置信號不斷的顯示未知狀態，檢查開關位置回送信號正常，當PLC程序中顯示未知狀態時候，閉鎖機構失鎖，發射機掉高壓。PLC控制系統（閉鎖機構在打開狀態）如圖2所示。

如圖2所示，在發生上述故障時候，使用示波器進行檢測發現，在A點和B點有明顯的干擾信號，在C、D、E和F點只有正常的信號，沒有看到干擾信號，讀取PLC程序，在梯形圖中，可以看到由于開關為位置信號取樣信號經常讀取不到，在沒有開關位置信號的情況下，PLC認為開關不在應該的位置狀態，為了保護開關防止高壓連弧燒毀，PLC強制閉鎖機構斷開，發射設備斷高壓，引起上述的故障。

2 原因分析

干擾途徑分析：根據統計發現工作頻率在11.9MHz、13.7MHz、15.3MHz、17.9MHz時，工作波長在25.2-16.8米，對干擾源進行分析，因為發射設備工作在強電磁環境，電磁波信號在發射場區有輻射。開關位置取樣信號線纜長度大概在5-30米之間，線纜長度正好在上述工作波長中間。位置取樣信號線纜正好像接收天線一樣，電磁信號就在位置取樣信號的線纜以最大的功率傳輸，進而干擾PLC的輸入電壓，由于輸入電壓變化，正好在變化的門限電壓上，PLC認為開關位置不到位，所以封鎖強制閉鎖機構[2]。

干擾電路分析：這些射頻干擾對PLC的正常運行造成了不良影響，在電路中如圖2所示，是一種串模信號的干擾，串模信號疊加在正常的開關位置取樣信號上，是由于電纜長度及長線的感應造成，實際傳輸信號如圖3所示。

圖3中的上圖U1表示正常理想的開關位置信號，下圖的U1表示實際過程中，在傳輸線上串入干擾信號后的圖形，干擾源來自傳輸線纜的感應信號。

3 采取的措施

通過上述測試分析，發現干擾源頭是正常播出的信號，不能把正常播出的信號中斷掉來抑制干擾的源頭。抑制干擾的措施有很多種，常用的有使用提供穩定的電源、屏蔽、濾波、加裝隔離、良好接地和在PLC軟件上進行處理。

3.1 穩定的電源

在PLC系統中，PLC使用的電源是防止干擾重要手段，應為供電系統的干擾是通過電源線耦合串入PLC系統中，影響這PLC系統的電源模塊、輸入輸出模塊等。通過加裝濾波器的方式來濾除射頻干擾信號從電源線傳到到PLC系統中。也可以在PLC的電源前端加裝隔離變壓器，這樣來濾除射頻干擾信號，有條件可以使用在線式的UPS（不間斷電源）來供電，可以提供優質的沒有任何諧波分量的電源，可以使PLC系統穩定可靠的工作。

3.2 屏蔽的方式

在PLC的設備機箱中使用帶屏蔽的機箱，讓PLC工作在屏蔽的機箱內，將無線電磁輻射減少對PLC工作機箱的耦合，阻止空間的電磁輻射到機箱中。位置取樣信號的控制線使用帶有屏蔽層的線纜，防止采樣信號在正常傳輸過程中受到電磁輻射的干擾。增加屏蔽層后，電磁干擾在控制電纜中芯線產生的感應電流增大時，屏蔽層的感應電流在減少，電流方向是一致的，根據電流恒定定律，總的電流是為零的。在控制線上增加屏蔽層會使整個干擾降低。

3.3 使用電容濾波的方式

理想的電容的阻抗在理論上是：頻率越高，電容的阻抗越小，開始選用電容值在左右的瓷片電容，效果不理想。由于電容的兩腳電感的原因和電容容易構成一個串聯諧振電路，計算和實際的誤差就相差很大，根據實際測量使用的瓷片電容完美的抑制了上述干擾。有條件可以使用穿心電容，穿心電容有效的避免了上述電容兩腳電感的因素，接近于理想的電容，穿心電容安裝在金屬屏蔽板上，起到了射頻干擾的濾波作用。

在PLC的輸入端，使用的是低通濾波器的形式，如圖4所示，在高頻干擾信號輻射到控制線中，高頻信號被抑制，+24V的控制信號干凈的進入PLC中，保證了PLC的正常運行。

根據自己的實際情況選用合適的濾波電容，如果選用容值較高的電容，在開關動作時，由于容值的電容比較高，會造成電容對PLC進行放電，開關實際動作和PLC顯示的開關位置有一個時間差，會造成燒毀切換開關的事故。

3.4 良好接地

接地是為了提高PLC設備的運行穩定性，接地一定要規范，接地系統在整個開關控制系統中應該統一考慮PLC系統的接地、開關位置取樣線屏蔽層的接地、供電系統的接地等等。整個系統要測量接地點對大地的接地電阻值，如果阻值不相等，會造成不同系統接地點的電位差值不同，造成地的電位差，有環路電流流過接地系統，將設備的地和屏蔽線的地分別接入，如果先接到一起再接到地可能會造成接地的環流，在不同的設備上如PLC、繼電器、控制電源等設備上產生不同的電動勢，會造成PLC因為電壓差的不同邏輯錯誤。錯誤的接地會造成嚴重的系統干擾。嚴重影響了PLC的正常工作。

給屏蔽的機箱和屏蔽線提供一個良好的接地系統，抑制射頻的干擾。屏蔽線需要單點接地，如果兩點都接地時，兩點會造成地的電位差，造成電流流過屏蔽線，有射頻干擾的因素存在。在整個系統中只有控制的信號地電位，不用考慮射頻的功率地電位，只要保障測量接地點與大地的接地電阻小于4Ω，使用6-15mm2的接地電纜，可以有效的抑制干擾的能力，保障PLC設備正常運轉。

3.5 PLC軟件上的處理

通過在軟件上進行加裝程序，來消除干擾。可以在PLC程序中加裝定時器、計數器在程序中設計中間繼電器都可以實現干擾的消除。防止觸電的外部抖動和外部的射頻干擾，采取增加時間定時，抖動時間的長度或外部射頻的干擾時間長度小于定時時間的長度，縮短系統的相應時間，減少干擾。在輸入端的程序中加裝積分電路的程序，也可以有效的減少干擾。

4 結語

通過大量的實驗，對PLC這一失效問題的分析，故障得以解決。射頻抗干擾工作是一個系統的工作，根據現場的實際情況綜合考慮各個方面的問題和因素，提出合理的解決辦法，PLC系統才能正常工作，采取了上述措施后，經過了一年的試運行，PLC系統運行可靠，再沒有出現上述問題，存在的問題圓滿解決。

參考文獻

[1]姜治臻，周雪莉.PLC項目實訓——Twido系列[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]王成林.PLC系統安全運行的抗干擾措施和方法[J].電子世界，2014，（8）：267.