PLC控制系統(tǒng)干擾及抗干擾措施探討

任慈

（大慶油田第二采油廠數(shù)字化運維中心，黑龍江 大慶 163000）

當(dāng)前PLC控制系統(tǒng)已然在許多行業(yè)之中獲得運用，其基于自身操作便利、維護(hù)性強(qiáng)等特征在工業(yè)控制領(lǐng)域展現(xiàn)出較大的優(yōu)勢。雖然其本身具有非常強(qiáng)的可靠性，不過若是所處的環(huán)境較為惡劣，例如電場、磁場等要素均會對PLC控制系統(tǒng)帶來較大影響，使其工作效率大幅降低。因此，在部分特殊環(huán)境下，要求采取必要的抗干擾措施，方可保證PLC控制系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。

1 PLC控制系統(tǒng)干擾分析

1.1 空間輻射電磁場的干擾

空間敷設(shè)電磁場所帶來的干擾因素，一般是指電力網(wǎng)絡(luò)、機(jī)械設(shè)備、高頻感應(yīng)裝置、大型整流裝置等形成的空間電磁干擾，一律被稱作“輻射干擾”。空間輻射電磁場干擾方式一般可分為兩類，也就是：（1）基于干擾PLC控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)，使得通訊線路產(chǎn)生漏洞，無法正常運作；（2）對于PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部形成直接性輻射干擾，促使PLC控制系統(tǒng)電路無法正常運作。干擾程度的高低主要取決于空間中干擾源，即為設(shè)備的大小尺寸、裝置所形成的電磁場強(qiáng)弱會起到?jīng)Q定性作用。

1.2 PLC控制系統(tǒng)電源

在PLC控制系統(tǒng)內(nèi)，因為輸入電源是屬于外部電力傳送到PLC控制系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)成要素，PLC系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)會受到外部多個方面的空間電力磁場的影響，不僅會對電源線路結(jié)構(gòu)施加一定的額電流壓力之外，其所承受的最為嚴(yán)重的影響要素便是PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)電力網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部裝置與其具體運作狀態(tài)的變動。例如，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)的大型裝置啟停，裝置開關(guān)操作期間的變動，交流和直流電力輸送動力裝置結(jié)構(gòu)內(nèi)的變壓部位、整流部位、逆變部位與IGBT部位等電力半導(dǎo)體設(shè)備結(jié)構(gòu)元件所產(chǎn)生的電流諧波等一系列有關(guān)要素，并且上述要素均要求利用電力傳輸結(jié)構(gòu)輸送至PLC控制系統(tǒng)的空間電源接入端口，從而對系統(tǒng)信號產(chǎn)生干擾。

1.3 信號干擾

PLC控制系統(tǒng)的控制柜之中，既存在各種類型的線路，同時還會在外部和多種設(shè)備進(jìn)行連接，以上連接的信號線，均可以進(jìn)行信息的傳遞，不過并非是一定有用的，必定會存在外部信號的侵入，從而使得信息傳遞受到干擾，而且此種狀況是無法規(guī)避的。針對該種狀況，比較常見的為，共用信號儀表電源會對電網(wǎng)產(chǎn)生干擾作用，或是受到來自電磁輻射帶來的干擾，通過上述干擾便可能會導(dǎo)致I/O信號產(chǎn)生異常，并且也會使得測量精度降低，甚至嚴(yán)重時還可能會導(dǎo)致元器件受損，由此帶來不可逆轉(zhuǎn)的重大后果。

1.4 接地系統(tǒng)干擾

在PLC控制系統(tǒng)內(nèi)，由于接地點分布并非是十分均勻的情況，在不同接地點處必定會存在一些地電位差，由此產(chǎn)生共模噪音，進(jìn)而形成地環(huán)路電流，給系統(tǒng)的正常運作帶來較大影響。此外，大地、接地線與屏蔽層均會形成閉合環(huán)路，由于磁場是處于不斷變化的狀態(tài)，從而屏蔽層中便會形成感應(yīng)電流，基于芯線與屏蔽層的電磁感應(yīng)作用來對信號回路產(chǎn)生一定的干擾。若是控制系統(tǒng)和其它接地處理較為混亂，則接地環(huán)流便有可能在地線上形成不等電位分布，進(jìn)而對整體系統(tǒng)穩(wěn)定程度帶來負(fù)面影響。

2 PLC控制系統(tǒng)抗干擾的措施

2.1 選擇PLC系統(tǒng)

在進(jìn)行PLC控制選擇之時，就應(yīng)當(dāng)盡可能選取一些運用起來較為簡單且成本花費比較低、可靠程度高、抗干擾性能強(qiáng)的系統(tǒng)。同時，在將PLC控制系統(tǒng)運用于電力系統(tǒng)之中時，需要盡可能確保此二者保持一致，基于PLC此種高強(qiáng)度邏輯處理技術(shù)，不僅可以降低人為操作失誤概率，同時還可以有效確保電力系統(tǒng)總體運作的安全性，使得編程方法可以達(dá)到統(tǒng)一，而且在備品選購與系統(tǒng)管理方面也會變得更加便捷。

2.2 提高PLC控制系統(tǒng)的電源抗干擾能力

（1）電源通常會選擇使用隔離電源，不過又此種電源當(dāng)前的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)技術(shù)存在一定缺陷，導(dǎo)致其并不能取得理想的效果，正因如此，在PLC系統(tǒng)中加以利用時，還需要同時結(jié)合隔離變壓器，此種變壓器的初級和次級繞組均有設(shè)置屏蔽層，能夠進(jìn)行接地，因此具有較佳的低于電網(wǎng)干擾的作用。

（2）使用濾波器來低于電網(wǎng)干擾，由于此設(shè)備原本便具備較強(qiáng)的抗干擾能力，并且濾波器還能夠?qū)⒃O(shè)備自身形成的干擾信號傳輸至電源。一般而言，在干擾信號較為嚴(yán)重的部位，均會利用隔離變壓器和濾波器來實行干預(yù)，不過此兩種方法的使用有相應(yīng)的規(guī)范流程，通常是將濾波器接通電源以后，再啟用隔離變壓器。

（3）在對變送器和與PLC控制系統(tǒng)具有直接性電氣連接關(guān)系的儀表設(shè)備進(jìn)行電力輸送之時，最好是選取電容低、隔離性能強(qiáng)大的配電器，以此能夠大幅減輕對系統(tǒng)帶來的信號干擾。

（4）在部分較為關(guān)鍵的控制系統(tǒng)內(nèi)，務(wù)必要確保電網(wǎng)饋電不會發(fā)生中斷，對于該種問題可使用在線式不間斷供電電源來為其提供充足的電能，其中UPS因為具有非常強(qiáng)的抗干擾性能，比較適合應(yīng)用在PLC系統(tǒng)內(nèi)。

2.3 提高PLC控制系統(tǒng)的輻射抗干擾能力

（1）對于PLC系統(tǒng)內(nèi)部，可利用電路感應(yīng)來實現(xiàn)抗干擾能力的提高；（2）強(qiáng)化對系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的輻射強(qiáng)度，基于通信線路感應(yīng)來提高干擾強(qiáng)度，所以輻射干擾和現(xiàn)場裝置設(shè)備的設(shè)置位置存在關(guān)聯(lián)，所形成的電磁場大小也各不相同，此種狀況下，基于屏蔽電纜降低高壓泄放元件來實行保護(hù)，例如在某些工業(yè)生產(chǎn)場合下，雷電效應(yīng)所帶來的干擾力度非常強(qiáng)，在實際生活中，往往會采取電位聯(lián)接、屏蔽、隔離、防雷裝置等措施來實現(xiàn)對避免信號干擾。

2.4 PLC控制系統(tǒng)安裝時所采取的抗干擾措施

在進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)安裝施工時，需要盡量符合溫濕度標(biāo)準(zhǔn)，而且要盡量與振動源保持一定距離，并防止受到污染。當(dāng)外部條件都能一一滿足的情況下，必須要把PLC控制系統(tǒng)裝設(shè)于具有良好密閉性、與強(qiáng)烈震動沖擊存在一定距離的封閉性空間中，另外，還需要在此空間內(nèi)裝設(shè)空氣凈化設(shè)備，從而保證PLC系統(tǒng)具備適宜的使用環(huán)境。同時，將電力系統(tǒng)內(nèi)的大容量設(shè)備予以啟動運作時，為了有效防止控制線路電壓下降的問題，還需要讓系統(tǒng)的動力線路具有足夠的粗度。最后，PLC控制系統(tǒng)若是使用外接直流電源充當(dāng)輸入電路的情況下，為保證輸入信號不受干擾，必須要選用電壓足夠穩(wěn)定的電源。

2.5 對PLC控制系統(tǒng)輸出端口的抗干擾措施

PLC控制系統(tǒng)今后發(fā)展的關(guān)鍵方向便是提升其可靠程度，若想降低其受到的不良影響，在提升抗干擾性能的基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)注重其在設(shè)計、安裝與使用等多個方面的優(yōu)化。例如，PLC系統(tǒng)斷弧能力較弱、繼電器觸點不大的情況下，此時發(fā)電廠DC220V電路便智能憑借外部繼電器來對PLC控制系統(tǒng)加以驅(qū)動。

2.6 硬件措施

（1）對于空間電磁輻射方面，在對PLC系統(tǒng)抗干擾性能加以提高期間，電磁場的大小與分布情況，均會對空間電磁輻射帶來影響，其會對PLC控制系統(tǒng)頻率造成直接性干擾，一般而言，若想提高對系統(tǒng)的保護(hù)性，就要求安裝高壓泄放元件、局部屏蔽裝置與屏蔽電纜，以此來充分低于系統(tǒng)中元件受到來自空間電磁輻射的干擾作用，比如編程器、中央處理器等。在提高屏蔽處理力度之時，也要合理提高有關(guān)材料的導(dǎo)磁性，進(jìn)而隔絕外部信號產(chǎn)生的影響。

（2）在電源干擾方面，在提高PLC控制系統(tǒng)抗干擾能力知識，需要先確定毛刺與畸變現(xiàn)象在電壓的形成是否是因為電源波動引起的，進(jìn)而較易對I/O與PLC模塊產(chǎn)生干擾作用，因此，在選取電源之時，需要先保證其具備較佳的隔離效果。+5V電源應(yīng)當(dāng)被使用與微處理器核心部位，在此方面需要對多級濾波處理加以運用，在對其加以調(diào)整期間，還應(yīng)當(dāng)利用集成電壓調(diào)整裝置，進(jìn)而讓其免于受到來自欠電壓、過電壓與波動產(chǎn)生的影響。并且，盡可能把平行走線運用在電源線內(nèi)，使得電源線對地之中能夠形成低阻抗現(xiàn)象，進(jìn)而使得電源噪音對PLC系統(tǒng)帶來的干擾效果下降。此外，也可裝設(shè)隔離變壓裝置，其具備1:1的變比，同時還附帶著屏蔽層，能夠使得干擾在地與設(shè)備中間減少。當(dāng)對隔離變壓器加以運用之時，需要注重下述環(huán)節(jié)：保證屏蔽層中接地情況良好；把雙繞線運用到次級連接線之中，并且隔離變壓器內(nèi)的次級與初級繞組需要設(shè)置屏蔽層，零線在交流電網(wǎng)內(nèi)需要和初級屏蔽層進(jìn)行連接；直流段需要和初級以及次級屏蔽層加以連接處理。

2.7 軟件措施

（1）數(shù)字濾波。模擬量信號分布在比較低的信噪比內(nèi)，通常會在現(xiàn)場瞬時干擾之中產(chǎn)生比較強(qiáng)烈的波動，當(dāng)對此方面干擾加以控制與計算之時，若是僅僅使用瞬時采樣值，便可能使得誤差增大，所以，運用數(shù)字濾波法十分關(guān)鍵。A/D能夠?qū)F(xiàn)場模擬量信號予以合理轉(zhuǎn)換，能夠促使離散數(shù)字信號的形成，后續(xù)還能夠以時間順序為依據(jù)把這些新數(shù)據(jù)在PLC內(nèi)加以儲存。同時，當(dāng)進(jìn)行這些數(shù)據(jù)處理之時，可結(jié)合運用數(shù)字濾波程度，以此來對噪音加以過濾篩除，獲得單純信號，由此提高噪音干擾的抑制能力。

（2）軟件容錯。若想使得PLC控制系統(tǒng)的可靠程度有效提高，并及時排查出錯誤信號，采取有效措施對錯誤加以處理，可對軟件容錯技術(shù)加以合理運用。①PLC內(nèi)部有安裝計數(shù)器，能夠讓“抖動”干擾在輸入元器件觸電之中被消除，但是由于存在外界干擾，在對輸入元器件加以連接只是，會使得觸點內(nèi)發(fā)生時斷時續(xù)的“抖動”情況，這時便可借助計數(shù)器實行編程來對干擾加以排除。②PLC內(nèi)具有內(nèi)部定時器，在系統(tǒng)運作之時，極易使得輸入端在屏蔽期間形成錯誤信號，而當(dāng)程序進(jìn)入到循環(huán)階段，往往會形成持續(xù)不變的各工步運作時間，并且與工步一起形成的還涵蓋了行程開關(guān)發(fā)送的信號，并且光電開關(guān)等其它敏感元件也都會發(fā)送信號。基于此特征，便可設(shè)置兩個內(nèi)部定時器，使得PLC在進(jìn)行采樣之時，只能在此開關(guān)正常發(fā)送信號的情況下進(jìn)行，進(jìn)而有效達(dá)成對其它所有干擾信號的屏蔽。比如，在提高軟件抗干擾性能之時，可使用“看門狗”優(yōu)化監(jiān)控功能。PLC系統(tǒng)內(nèi)部還存在輔助繼電器等元器件與定時裝置，在對這些元件穩(wěn)定程度進(jìn)行加強(qiáng)期間，可對看門狗監(jiān)控系統(tǒng)加以合理運用，對每一元器件的運作狀態(tài)加以及時掌控，而且要在第一時間對誤信號與誤動作加以處理，在設(shè)置了警戒時鐘時，若是警戒時鐘時限要鰻魚系統(tǒng)循環(huán)掃描時間，則表明程序沒有正常響應(yīng)，從而便會立刻發(fā)出警報提示。

2.8 慎重選擇接地位置

必須要選擇合理的接地位置以及方式，需要根據(jù)PLC控制系統(tǒng)的具體要求加以選擇。如果PLC控制系統(tǒng)接地地點較為集中，便應(yīng)當(dāng)采用并聯(lián)一點的接地方式；相反的情況下，則要使用串聯(lián)一點的方式。此外，若是PLC控制系統(tǒng)信號源狀態(tài)是接地，那么就必須要將屏蔽層在信號側(cè)進(jìn)行接地處理，相反情況下，則要在PLC一側(cè)進(jìn)行接地，如此便可以很好的避免PLC系統(tǒng)受到來自接地系統(tǒng)的干擾作用，保障系統(tǒng)正常、穩(wěn)定運作。

3 結(jié)語

當(dāng)前PLC控制系統(tǒng)的使用范圍越來越大，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中占有越來越重要的地位。與此同時，PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施成為一項關(guān)鍵性任務(wù)，需要加強(qiáng)研究，并對此方面展開深入分析，應(yīng)用科學(xué)合理的措施來抵御各種干擾。