高毅 羅振鋼

摘要：隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC控制系統(tǒng)的功能越來越強(qiáng)大，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，能夠?qū)φ麄€(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行系統(tǒng)全面地有效控制，促進(jìn)了生產(chǎn)效率的提高。但是PLC控制設(shè)備的工作環(huán)境往往較為惡劣，這就導(dǎo)致其在實(shí)際的工作過程中會(huì)受到各種不利因素的影響，進(jìn)而導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，可能造成系統(tǒng)出現(xiàn)失控的問題，這就會(huì)給安全生產(chǎn)帶來不小的安全隱患。因此，需要對(duì)PLC控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中所受到的干擾類型和來源進(jìn)行深入地分析研究，為制定科學(xué)合理的控制措施提供可靠保障。本文對(duì)PLC運(yùn)行的干擾類型及來源進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：PLC;干擾;信號(hào)源

1PLC運(yùn)行的干擾類型

對(duì)PLC控制系統(tǒng)造成干擾的干擾源，往往都出現(xiàn)在電流和電壓發(fā)生劇變化的位置處。其原理是電流發(fā)生變化就會(huì)形成磁場(chǎng)，進(jìn)而對(duì)PLC控制設(shè)備造成電磁輻射影響，而磁場(chǎng)發(fā)生改變就會(huì)形成電流，電磁高速就會(huì)產(chǎn)生電磁波，進(jìn)而影響PLC設(shè)備的正常運(yùn)行。根據(jù)干擾模式的不同，PLC設(shè)備所受到的電磁干擾可以分為共模干擾和差模干擾，下面將分別進(jìn)行論述。

1.1共模干擾

共模干擾是指干擾電壓信號(hào)在信號(hào)線和回線上所形成的電壓幅度相同，該電壓參考周圍的大地電位，在干擾電壓的影響下，導(dǎo)線與參考物體之間就構(gòu)成了電流回路。通常情況下，造成共模電流的原因主要有：一是PLC外部的電磁場(chǎng)在其內(nèi)的導(dǎo)線上形成感應(yīng)電壓，在感應(yīng)電壓的影響下，就會(huì)在PLC內(nèi)的回路里產(chǎn)生感應(yīng)電流;二是PLC控制設(shè)備兩端所連接的地電位不同，進(jìn)而會(huì)形成一定的有電位差，在該電位差的影響下就會(huì)形成感應(yīng)電流;三是PLC控制設(shè)備接地不良，導(dǎo)致其與大地之間具有一定的電位差，進(jìn)而會(huì)在PLC控制系統(tǒng)中的回路里形成共模電流。在共模電流的影響下，會(huì)產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的電磁輻射，會(huì)對(duì)PLC控制設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行帶來不利影響，導(dǎo)致其無法正常運(yùn)行。

1.2差模干擾

差模干擾是指干擾電壓存在于信號(hào)線與回線之間，而干擾電流則是在導(dǎo)線與參考物體所構(gòu)成的回路中進(jìn)行流動(dòng)?？臻g電磁場(chǎng)在信號(hào)間耦合感應(yīng)所形成的電壓和不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾而形成的電壓，會(huì)對(duì)PLC控制信號(hào)造成干擾，導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)的測(cè)量精度發(fā)生較大的波動(dòng)，進(jìn)而影響PLC系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的正常控制。

2PLC運(yùn)行的干擾來源

2.1空間電磁輻射

PLC控制系統(tǒng)所受到的空間電磁輻射干擾來源非常廣泛，常見的來源主要包括電力網(wǎng)路、雷電、無線電廣播、雷達(dá)以及高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等，其分布范圍非常廣泛，所造成的影響也較大。當(dāng)PLC控制系統(tǒng)工作環(huán)境中的電磁輻射超過正常工作所允許的最大值時(shí)，就會(huì)受到射頻所造成的輻射干擾。空間電磁輻射對(duì)PLC控制系統(tǒng)所造成的不利影響主要有：一是對(duì)PLC的內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行輻射，進(jìn)而在回路中形成電路感應(yīng)造成影響;二是對(duì)PLC控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行輻射影響，在通信線路中形成電路感應(yīng)而造成間接的不利影響。電磁輻射干擾與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安裝位置和設(shè)備工作過程中所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)之間具有密切的關(guān)系，尤其是與頻率之間具有直接關(guān)系。

2.2電源系統(tǒng)電磁感應(yīng)

PLC控制系統(tǒng)設(shè)備的電源主要是由電網(wǎng)提供，由于其供電電網(wǎng)的供電范圍非常大，導(dǎo)致其供電線路也非常復(fù)雜，在空間電磁場(chǎng)的作用下，就會(huì)造成供電線路中的電流和電壓發(fā)生一定的變化。尤其是供電電網(wǎng)內(nèi)部的電壓和電流發(fā)生變化，都會(huì)影響PLC控制系統(tǒng)的正常工作。例如，操作供電電網(wǎng)開關(guān)時(shí)形成的浪涌、大型電力設(shè)備啟停和交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波以及電網(wǎng)短路時(shí)形成的暫態(tài)沖擊等情況，都會(huì)經(jīng)由供電線路傳輸給PLC控制設(shè)備，進(jìn)而影響PLC控制設(shè)備的正常運(yùn)行。

2.3信號(hào)線引入

PLC控制系統(tǒng)中的信號(hào)線負(fù)責(zé)將各種控制指令快速準(zhǔn)確地傳輸至相應(yīng)的工作設(shè)備中，進(jìn)而確保各個(gè)設(shè)備之間能夠進(jìn)行有效地協(xié)調(diào)配合工作。在控制信號(hào)的傳輸過程中，難以避免會(huì)受到來自系統(tǒng)外部信號(hào)的侵入，這就會(huì)影響正確信號(hào)的順利傳輸，進(jìn)而導(dǎo)致部分設(shè)備接收錯(cuò)誤的控制指令，無法正常運(yùn)行。外部干擾信號(hào)的侵入會(huì)導(dǎo)致I/O信號(hào)出現(xiàn)工作異常，導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)無法進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量工作，進(jìn)而造成系統(tǒng)的測(cè)量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部的元器件發(fā)生不同程度的損傷。

2.4接地系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)在工作過程中需要進(jìn)行良好地接地，進(jìn)而能夠?qū)﹄姶鸥蓴_起到有效的抑制作用，而且還能避免系統(tǒng)設(shè)備向外發(fā)出干擾信號(hào)。如果PLC控制系統(tǒng)沒有進(jìn)行正確地接地或者接地系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的干擾信號(hào)，造成PLC控制系統(tǒng)指令無法得到有效傳輸。PLC接地系統(tǒng)中的地線主要包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地以及保護(hù)地等，各個(gè)部分起到不同的保護(hù)作用。當(dāng)接地系統(tǒng)發(fā)生故障后，就會(huì)導(dǎo)致PLC不同接地點(diǎn)的電位分布不均，進(jìn)而在不同接地點(diǎn)之間形成一定的電位差，從而形成地環(huán)路電流，這會(huì)導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)內(nèi)的電流紊亂，影響其正常工作。此外，PLC控制系統(tǒng)受到變化磁場(chǎng)的影響后，其內(nèi)部的屏蔽層也會(huì)出現(xiàn)一定大小的感應(yīng)電流，再通過屏蔽層與芯線之間耦合形成的回路，就會(huì)對(duì)PLC控制系統(tǒng)的正常工作造成不利影響。

2.5PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾

在PLC控制系統(tǒng)的工作過程中，當(dāng)內(nèi)部的元器件和電路所形成的電磁輻射超過正常工作允許的最大數(shù)值后，就會(huì)在內(nèi)部對(duì)PLC的正常工作造成不利影響，這往往是由系統(tǒng)內(nèi)部的電磁兼容設(shè)計(jì)不合理造成的。例如，PLC控制系統(tǒng)中的邏輯電路之間會(huì)進(jìn)行相互輻射，對(duì)模擬電路造成不利影響，模擬地與邏輯地之間的相互影響和使用的元器件之間無法進(jìn)行有效匹配，這都會(huì)給PLC控制系統(tǒng)帶來系統(tǒng)內(nèi)部的干擾。

3PLC的抗干擾措施

3.1抗干擾的硬件措施

（1）電源的應(yīng)對(duì)措施。電源的進(jìn)線采用屏蔽線，在條件允許的情況下，加設(shè)隔離變壓器和整流濾波裝置。

（2）輸出端的應(yīng)對(duì)措施。對(duì)于強(qiáng)電場(chǎng)所，可以增設(shè)相應(yīng)的小型繼電器線圈，再將繼電器觸點(diǎn)與PLC的輸出端進(jìn)行有效連接。

（3）安裝布線的應(yīng)對(duì)措施。確保PLC與能夠產(chǎn)生高次諧波設(shè)備之間的距離不小于200mm，PLC的信號(hào)線與伺服驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器以及變頻器等的動(dòng)力線之間的距離不小于300mm。

3.2抗干擾的軟件措施

（1）改變?yōu)V波時(shí)間常數(shù)。通過改變數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)值和對(duì)REFF輸入相應(yīng)的刷新指令（帶濾波器設(shè)定），進(jìn)而能夠改變?yōu)V波時(shí)間和避免大部分的干擾。但是，采用該種方法會(huì)增加輸入端信號(hào)為ON的時(shí)間，進(jìn)而會(huì)對(duì)實(shí)時(shí)控制帶來一定的影響。

（2）選擇合適的輸入端。當(dāng)PLC采用高速計(jì)數(shù)后，其輸入端X0～X7的輸入濾波器的濾波時(shí)間將會(huì)自動(dòng)調(diào)整。當(dāng)干擾脈沖的寬度很窄，而輸入脈沖的頻率也較低時(shí)，可以選擇X2～X7作為輸入端，能有效避免干擾。

（3）軟件延時(shí)。由于改變?yōu)V波時(shí)間常數(shù)的方法適用范圍有限，對(duì)于干擾信號(hào)ON閉合時(shí)間超過60ms的情況則無能為力。因此，可以在程序中加入相應(yīng)的延時(shí)軟件，通過時(shí)間繼電器延遲一段時(shí)間再將其驅(qū)動(dòng)輸出，具體措施如圖1所示。

結(jié)束語

總而言之，PLC控制系統(tǒng)具有非常優(yōu)良的控制性能，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中，促進(jìn)了工作效率的不斷提高。但由于其工作環(huán)境較為惡劣，存在諸多干擾源，會(huì)對(duì)其正常工作造成不利影響。通過對(duì)PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中的干擾類型和干擾源進(jìn)行深入地分析研究，為制定科學(xué)合理的改善措施提供可靠的資料支持。

參考文獻(xiàn)

[1]陳鳳華.PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用中干擾問題解決措施[J].佳木斯職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018（04）：487-488.

[2]劉天生，張南.電磁干擾生產(chǎn)設(shè)備PLC的故障分析[J].設(shè)備管理與維修，2018（16）：169-170.