孫健

摘 要：為了提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和技術(shù)含量，電氣自動(dòng)化設(shè)備被廣泛應(yīng)用到企業(yè)的生產(chǎn)中，從而改善企業(yè)的自動(dòng)化程度和人工替代降低成本。PLC系統(tǒng)有技術(shù)成熟、低成本、易維護(hù)的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到設(shè)備的生產(chǎn)的安全和經(jīng)濟(jì)效益。而在復(fù)雜和多線路的自動(dòng)化設(shè)備中，會(huì)有因?yàn)殡娎|線被其他信號(hào)源干擾帶來(lái)誤動(dòng)作和不動(dòng)作的問(wèn)題，輕則死機(jī)重則撞機(jī)或者造成安全事故，本文簡(jiǎn)要分析了PLC控制系統(tǒng)干擾信號(hào)的來(lái)源和主要的應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；信號(hào)干擾；抗干擾措施

1 PLC系統(tǒng)中的主要干擾源

1.1 控制系統(tǒng)外

來(lái)自系統(tǒng)外的干擾主要是通過(guò)電源和信號(hào)線引入的，其中主要是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾比較明顯。PLC控制系統(tǒng)外部的主要干擾源如：雷電、廠務(wù)電壓不穩(wěn)，其他機(jī)臺(tái)的開(kāi)關(guān)機(jī)導(dǎo)致的操作浪涌，與其他設(shè)備過(guò)近或動(dòng)力線纏繞等造成的干擾。還有一些外部的如A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備和各種輸入信號(hào)裝置等。

電網(wǎng)干擾竄入PLC控制系統(tǒng)主要通過(guò)PLC系統(tǒng)的供電電源（如CPU電源、I O電源等）、變送器供電電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進(jìn)入。另外，各種大功率用電設(shè)備所產(chǎn)生的交流磁場(chǎng)也是主要的干擾源。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化、開(kāi)關(guān)操作產(chǎn)生的浪涌、大型電力設(shè)備的起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)過(guò)程的沖擊等，均會(huì)通過(guò)輸電線路傳到電源原邊。這些因素會(huì)對(duì)接入同一個(gè)電網(wǎng)的PLC的供電電源造成嚴(yán)重的干擾。

1.2 控制系統(tǒng)內(nèi)

系統(tǒng)內(nèi)部的干擾主要是因?yàn)橄到y(tǒng)中的元器件與電路相互之間存在的電磁輻射產(chǎn)生的，但這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相互作用并不能在應(yīng)用單位得到改變，只能通過(guò)生產(chǎn)廠商對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行控制，從而消除干擾，所以應(yīng)用的時(shí)候要對(duì)認(rèn)真仔細(xì)地挑選需要的系統(tǒng)和設(shè)備。對(duì)于開(kāi)關(guān)量輸出來(lái)說(shuō)，晶體管輸出、晶閘管輸出和繼電器輸出時(shí)PLC的三種輸出形式，在實(shí)際的選擇過(guò)程中需要根據(jù)負(fù)載要求來(lái)確定，在輸出形式的選擇出現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)候，會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。另外，PLC的輸出端子帶負(fù)載能力是有限的，當(dāng)實(shí)際負(fù)載大于規(guī)定極限值的時(shí)候，要以接觸器和繼電器的外接來(lái)保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。對(duì)于系統(tǒng)的可靠性而言，其主要會(huì)受到電磁閥、接觸器和外接繼電器等元件的影響，其中元件的質(zhì)量是決定性因素。

2 抗干擾措施

2.1 通過(guò)軟件程序來(lái)消除干擾

通過(guò)軟件來(lái)對(duì)系統(tǒng)收到的干擾進(jìn)行消除，主要是通過(guò)一定的計(jì)算方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，讓干擾信號(hào)的數(shù)量和強(qiáng)度得到有效控制，從而減小系統(tǒng)受干擾的影響。

對(duì)于PLC系統(tǒng)而言，其中包含有多種軟件，如計(jì)數(shù)器和定時(shí)器等，通過(guò)對(duì)這些軟件的使用，能夠有效消除輸入元件產(chǎn)生的錯(cuò)誤信號(hào)，從而保證輸出元件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而提升系統(tǒng)的抗干擾能力。其中通過(guò)PLC內(nèi)部定時(shí)器的運(yùn)用，主要是對(duì)輸入端的錯(cuò)誤信號(hào)進(jìn)行屏蔽處理。而通過(guò)內(nèi)部計(jì)數(shù)器的應(yīng)用，則能完成對(duì)輸入元件觸點(diǎn)抖動(dòng)干擾進(jìn)行消除，從而防止系統(tǒng)受到干擾信號(hào)影響。

在軟件設(shè)計(jì)中，消除干擾的措施還有很多種，比如復(fù)執(zhí)指令、故障診斷、自恢復(fù)功能等。

2.2 硬件抗干擾設(shè)計(jì)

2.2.1 硬體選型的抗干擾設(shè)計(jì)

①在實(shí)際的硬件選型中，可使用雙向晶閘管輸出模塊作為交流負(fù)載，從而避免開(kāi)、關(guān)時(shí)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的干擾。②通過(guò)將RC浪涌吸收電路與觸電的兩端相連，從而有效避免交流接觸器開(kāi)和關(guān)的時(shí)候在觸點(diǎn)上產(chǎn)生電弧干擾。③在PLC控制盤、柜內(nèi)，用中間繼電器進(jìn)行中間驅(qū)動(dòng)負(fù)載的方法是有效的。選用晶體管輸入的PLC或端子臺(tái)，當(dāng)以光電開(kāi)關(guān)或晶體管作為輸出類型進(jìn)行信號(hào)輸入的時(shí)候，關(guān)閉電源的時(shí)候?qū)?huì)產(chǎn)生較大的漏電流，由于繼電器具有較高的靈敏度，所以在漏電流超出規(guī)定范圍的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)。

2.2.2 電力電纜線架設(shè)時(shí)的抗干擾設(shè)計(jì)

對(duì)于控制執(zhí)行功率的系統(tǒng)而言，應(yīng)該將其用專線直接連接到主總線供電的低壓配電室，并且要盡量控制線路的長(zhǎng)度。同時(shí)還要盡量在系統(tǒng)中使用具有濾除諧波功能的調(diào)節(jié)裝置，從而讓PLC 控制系統(tǒng)的電源系統(tǒng)具有更高的可靠性。為了能較好地抑制電網(wǎng)引入諧波對(duì)系統(tǒng)造成的干擾，可以使用隔離變壓器內(nèi)部調(diào)節(jié)裝置和吸收裝置。

在實(shí)際的電線敷設(shè)中，應(yīng)該讓相鄰的電線保持平行的狀態(tài)，并且要在中間留下足夠的間距用于防止彼此間的電磁干擾。在進(jìn)行信號(hào)電纜埋設(shè)的時(shí)候，需要將不同的電壓或電流信號(hào)電纜分開(kāi)，盡量讓兩者之間的距離不會(huì)出現(xiàn)互相干擾的情況。在PLC控制系統(tǒng)中，應(yīng)盡量避免將單芯電纜用于模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的傳輸，并且不能將電源電纜和信號(hào)電纜裝在同一個(gè)集裝線槽內(nèi)。另外，為了防止電纜分支，需要在敷設(shè)的時(shí)候盡量采用相對(duì)完整的信號(hào)電纜。為了保證信號(hào)的正常傳輸，信號(hào)電纜的敷設(shè)過(guò)程中應(yīng)該盡量采用鍍鋅金屬管對(duì)接頭進(jìn)行屏蔽。

2.2.3 接地系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)

接地是提高電子設(shè)備穩(wěn)定性的有效手段之一，對(duì)于地面PLC控制系統(tǒng)而言，必須要重視其接地工作。正確的接地，既能抑制外部干擾的影響，又能抑制該設(shè)備影響其他設(shè)備。接地分為：保護(hù)接地、邏輯接地、屏蔽接地、本案接地。

屏蔽線系統(tǒng)的接地也很重要。讓其從PLC一側(cè)直接與地面連接，這樣才能保證其與PLC控制系統(tǒng)之間不會(huì)出現(xiàn)相互的信號(hào)干擾。如果屏蔽線兩端都接地，就會(huì)存在電位差，導(dǎo)致電流流過(guò)，如果發(fā)生異常狀況，如雷擊，此電流將更大，通過(guò)屏蔽層與芯線之間的耦合干擾信號(hào)回路。若采用公共接地，禁止采用與其他設(shè)備串聯(lián)接地的方式。

3 總結(jié)

自動(dòng)化控制在企業(yè)中的作用越來(lái)越大，PLC控制的更是廣泛，因?yàn)楦蓴_引起的I/O信號(hào)工作異常和精度大大降低自動(dòng)化導(dǎo)致的元器件損傷，會(huì)誤動(dòng)作導(dǎo)致撞機(jī)，死機(jī)或產(chǎn)品報(bào)廢，或者工安事件都將產(chǎn)生嚴(yán)重后果。所以在進(jìn)行電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該考慮到干擾可能帶來(lái)的影響以及要采取的應(yīng)對(duì)措施，這樣才能發(fā)揮出自動(dòng)化的優(yōu)越性。

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