梁廷魁

（山西機電職業(yè)技術(shù)學院，山西長治046011）

PLC控制系統(tǒng)接地抗干擾技術(shù)的研究

梁廷魁

（山西機電職業(yè)技術(shù)學院，山西長治046011）

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展進步，PLC技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，然而受環(huán)境等多種因素的影響使得PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性大大降低。為了提高PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對影響其穩(wěn)定性的干擾因素進行了分析研究，通過內(nèi)部和外部抗干擾以及工程設(shè)計和施工布線等多個方面對抗干擾進行設(shè)計探討，來提升PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

PLC；控制系統(tǒng)；抗干擾；技術(shù)

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.050

1 引言

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計周期比較短，抗干擾水平高，而且程序設(shè)計語言較簡單，近年來，PLC控制系統(tǒng)的功能也越來越完善，它可以按照具體情況針對應(yīng)用領(lǐng)域做出各種數(shù)據(jù)顯示，并具有記錄和通訊等多種功能。此外，該控制系統(tǒng)還能在控制設(shè)備時以智能操作系統(tǒng)的方式來實現(xiàn)控制系統(tǒng)與人之間的對接交流。這是一種靈敏度高，配置也較高的控制系統(tǒng)。然而該系統(tǒng)在實際應(yīng)用中很容易受到干擾，從而影響其使用水平，因此提高其抗干擾技術(shù)非常重要。

2 影響PLC控制系統(tǒng)抗干擾能力的因素

PLC控制系統(tǒng)的具體使用環(huán)境通常都是非常復雜的，這就使得該控制系統(tǒng)的抗干擾水平會受到更多因素的影響，但一般來說我們可以將其分為外部因素和內(nèi)部因素2個方面。

2.1 影響PLC控制系統(tǒng)抗干擾水平的內(nèi)部因素

影響該系統(tǒng)抗干擾水平的內(nèi)部因素主要包括電路和元件的設(shè)計水平而導致的電磁輻射以及電路的干擾等因素[1]。PLC控制系統(tǒng)在應(yīng)用過程當中，電路以及元件在運行的時候都或多或少會產(chǎn)生一些電磁輻射，這些輻射會給控制系統(tǒng)的配件以及邏輯運行帶來影響，繼而使得控制系統(tǒng)的抗干擾水平受影響。由此可見，要提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力就需要按照具體情況而選取電路等設(shè)計都合理的PLC。

2.2 影響PLC控制系統(tǒng)抗干擾水平的外部因素

影響PLC控制系統(tǒng)抗干擾水平的外部因素有多個方面，具體如下。

2.2.1 信號線的影響

為確保企業(yè)、工業(yè)能夠維持正常的運營和生產(chǎn)，PLC控制系統(tǒng)的運行一定要穩(wěn)定可靠，這樣才能接收到準確無誤的數(shù)據(jù)信息[2]。然而在傳輸信號的時候不可避免地會受到許多因素的干擾，致使控制系統(tǒng)不能完整無誤地接收信號。通常情況下，信號線對PLC控制系統(tǒng)的干擾主要表現(xiàn)在2個方面：（1）信號線本身會受到干擾，（2）傳輸信號的時候變壓器以及信號儀表都會受到干擾和影響。電壓的切換、靜電放電等因素都會使信號線受到干擾，同時電波浮動也會對PLC控制系統(tǒng)能否接收信號帶來比較大的影響。而變壓器及信號儀則有可能在控制系統(tǒng)接收信號的時候出現(xiàn)電源串入的情形，最終導致PLC控制系統(tǒng)接收信號異常，包括信號缺失、邏輯數(shù)據(jù)信息不完整等，這些都會使控制系統(tǒng)的抗干擾能力嚴重下降[3]。

2.2.2 接地系統(tǒng)方面的影響

PLC控制系統(tǒng)在使用和運行的時候，地線系統(tǒng)是其重要的構(gòu)成部分，它是決定PLC控制系統(tǒng)能否正常發(fā)揮功能的關(guān)鍵因素。系統(tǒng)地、保護地與交流地以及屏蔽地這4個方面共同構(gòu)成了地線系統(tǒng)，并維護和確保PLC控制系統(tǒng)正常供電與運行，確保工業(yè)、企業(yè)能夠正常運營。但接地系統(tǒng)分布空間比較廣，而且各分布的區(qū)域地點間有很大的不定性，這就導致PLC控制系統(tǒng)能否正常供電受到了多種因素的影響，致使控制系統(tǒng)當中的電路以及元件都會受到損害，讓PLC控制系統(tǒng)在接收信號的時候會發(fā)生失誤及錯亂的情形。

2.2.3 電源方面的因素影響

PLC控制系統(tǒng)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用都比較廣，其抗干擾能力還受到電源的影響，使其抗干擾水平降低，導致控制系統(tǒng)的性能無法達到最佳狀態(tài)。比如在生產(chǎn)過程中，開啟電力設(shè)備或關(guān)閉電力設(shè)備時各個空間傳遞出來的干擾都會讓電波出現(xiàn)較大幅度的波動，繼而給PLC控制系統(tǒng)的用電產(chǎn)生較大沖擊，讓PLC控制系統(tǒng)的元件受到較嚴重的損害，甚至會出現(xiàn)電路短路，讓控制系統(tǒng)出現(xiàn)紊亂的事故。

3 提高PLC控制系統(tǒng)抗干擾的技術(shù)和策略探討

3.1 硬件方面的抗干擾技術(shù)措施

3.1.1 選用合適的電源

在電源這部分，電源變壓器是較為常用的元件，如果控制系統(tǒng)對環(huán)境沒有較高的要求，則對電壓也不會有特別高的要求，僅通過單向工頻交流電就能達到抗干擾水平的標準。但如果控制系統(tǒng)需要較高的可靠性，我們就需要重新對原來的工頻電源做處理，如使用屏蔽層的隔離變壓器來提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力，這也是一種常用的方法。其次，于PLC電源輸入的這一段增加接濾波器，讓交流電源輸送來的高次諧波以及高頻電磁干擾被很好地過濾掉[4]。

3.1.2 安裝濾波器

為了不讓干擾信號通過電源系統(tǒng)進入到控制系統(tǒng)內(nèi)部，我們可以安裝一個濾波器。但是要注意，安裝的時候所使用的隔離變壓器的屏蔽層接地性能必須是良好的，同時次級連接線應(yīng)該是雙繞線。除此之外，屏蔽層應(yīng)該分開安裝在2個位置：即隔離變壓器的初級和次級繞組。注意交流電網(wǎng)的零線要和初級屏蔽層進行連接，而次級屏蔽層則和直流電網(wǎng)及初級間屏蔽層進行連接。

3.1.3 分離供電系統(tǒng)

為確保PLC控制系統(tǒng)正常運行，輸出輸入斷電不會影響控制器的供電，我們應(yīng)該在I/0及PLC系統(tǒng)的控制器上通過不一樣的隔離變壓器來供電，同時和各自不一樣的主電源進行分離。與此同時，PLC控制系統(tǒng)的隔離電源一定不能和動力電源還有檢修電源一起使用，必須有各自單獨分開的電源供電。只有這樣我們才可以保證PLC控制系統(tǒng)電源是單獨純凈的，也可以借此降低耦合給電源帶來的不良影響。所以，線式不間斷的情況下，UPS電源完全能夠用來當做控制系統(tǒng)的電源對其供電，因其具備非常優(yōu)良的干擾隔離性能，從而加強了控制系統(tǒng)的抗干擾水平。

3.1.4 良好的接地設(shè)計

PLC控制系統(tǒng)接地會對系統(tǒng)能否正常運行造成直接影響，如果選擇較好較合適的接地方法能夠很好地降低動作失誤，繼而提升系統(tǒng)抗干擾水平。因此，在設(shè)計的時候應(yīng)該把控制器與其他設(shè)施都分開接地.對系統(tǒng)性能要求比較低的時候則能共通接地，但要注意盡可能不和電機、變壓器等系列動力設(shè)備共通接地。另外，接地線不能與主回路及強電回路的電線相交，要真的是不可避免就要注意保持垂直相交，盡最大可能地降低平行走線的長度。

3.2 軟件方面的抗干擾技術(shù)措施

3.2.1 抖動消除處理

當PLC控制系統(tǒng)處于振動環(huán)境時就有可能隨著行程開關(guān)或者按鈕振動而發(fā)生抖動，這種系統(tǒng)所傳輸出的信號就是錯誤的，不完整或不準確的。這種抖動一般不會延續(xù)較長的時間，因此我們能夠利用延時來消除抖動，就是在PLC控制系統(tǒng)里的計時器上做好時間方面的延時工作，設(shè)置好以后抖動一旦停下來，控制系統(tǒng)就可以接收到準確的信號，以提高其抗干擾能力。

3.2.2 對系統(tǒng)運行進行監(jiān)控

設(shè)計PLC控制系統(tǒng)里的計數(shù)器或者輔助繼電器等相關(guān)軟元件進行時，我們可以增加一些程序來將輸入元件的許多錯誤信號進行屏蔽，并防止輸出元件發(fā)生錯誤動作。設(shè)計程序時我們可以“通過看門狗”的方式對系統(tǒng)的每個構(gòu)成部分的運行情況進行監(jiān)控，即編程PLC控制系統(tǒng)軟件時把某個定時器看作是“看門狗”，用來查看監(jiān)視控制系統(tǒng)運動部件的具體運行情況，并把這一運動部件可能需要使用到的最大時間設(shè)置成定時器的定值。運行這一部件時就可以啟動“看門狗”定時器。假若各個運行部件能夠正常運作，則運動部件就可以在規(guī)定時間里到達設(shè)定好的位置，定時器會將數(shù)據(jù)信息清零，這就表示系統(tǒng)運行正常；不然則表示該部件有問題，“看門狗”定時器則做出停止工作或發(fā)出警報信號。

3.2.3 健全接地系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)要進行接地的原因主要有2個方面：安全及減少干擾。接地系統(tǒng)越完善則表明PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾越低，抗干擾能力越高。所以，我們一定要按照實際情況來給系統(tǒng)選擇一個較為合適的接地點。系統(tǒng)接地一共有3種：電容接地、浮地及直接接地。PLC控制系統(tǒng)為一種高速低電平的控制裝置，因此我們通常使用直接接地的方法。因為信號電纜分布電容以及輸入裝置濾波等因素會影響裝置效果，因此各個裝置之間使用的信號交換頻率通常都大于1MHz，因此控制系統(tǒng)接地線通常都是使用串聯(lián)一點接地和一點接地的形式進行。如果PLC控制系統(tǒng)是集中布置，則使用并聯(lián)一點接地的方式比較適合。若是各個裝置之間的距離相差較大，則使用串聯(lián)一點接地的形式比較適合，也就是采用一根大截面銅母線將各個裝置的柜體中心接地點進行連接，再把接地母線直接連接到接地極。接地支線通常使用截面大于22mm2的銅導線，而總母線的截面則通常高于60mm2的銅排。接地極的接地電阻要低于2Ω，接地極應(yīng)該埋設(shè)在距離建筑物10～15m遠的距離，同時PLC系統(tǒng)接地點應(yīng)該和強電設(shè)備接地點距離10m以上，以此形成獨立的接地系統(tǒng)。

4 結(jié)語

PLC控制系統(tǒng)接地抗干擾技術(shù)和水平越高，則PLC控制系統(tǒng)越可靠，其整體性能也越好，輸入和輸出的信號數(shù)據(jù)越準確，因而越能夠確保工業(yè)、企業(yè)的生產(chǎn)安全[5]。因此，我們在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的時候一定要盡最大可能地提高其抗干擾能力。同時，針對影響控制系統(tǒng)接地抗干擾能力的各種因素，我們需要根據(jù)實際情況研究出相應(yīng)的解決措施，這樣才可以確保控制系統(tǒng)能夠正常運行。

【1】張禮兵.數(shù)控系統(tǒng)運動平穩(wěn)性和輪廓精度控制技術(shù)研究[D].南京：南京航空航天大學，2012.

【2】段蘇振.提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的設(shè)計因素[J].電氣傳動，2013(5): 45-49+52.

【3】解華明.PLC控制技術(shù)的優(yōu)勢及抗干擾措施研究[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2013(5):102-103.

【4】劉美俊.提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施[J].電工技術(shù)雜志，2013(3): 24-26.

【5】王平.PLC自動控制系統(tǒng)可靠性研究[J].電氣傳動，2012(8)：98-99.

Research of Anti-interference Technology by Means of Grounding on PLC Control System

LIANG Ting-kui
(Shanxi Institute of Mechatronic Technology,Changzhi 046011,China)

With the continuous development of scienceand technology,PLC technology is used more and more w idely.However,because of various factors such as the environment,the stability of PLC control system is greatly reduced.In order to improve the stability of PLC control system,we have a research on the factors that in fluence the stability,and discus santi-interference technology design through not only the internal and external aspects but also engineering design and construction wiring,in order to enhance the stability of PLC control system.

PLC;control system;anti-interference;technology

TP273

A

1007-9467（2016）08-0093-02

2016-08-04

梁廷魁（1981～），男，山西潞城人，講師，從事電氣控制設(shè)計教學與研究。