探析自動(dòng)化控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)

陶 權(quán)

（廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 530003）

0 引言

PLC是一種基于微型計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來的一種新型自動(dòng)化控制裝置。由于其具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單多變、使用簡(jiǎn)單方便、編程簡(jiǎn)單、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)的特點(diǎn)，所以廣泛運(yùn)用于先進(jìn)的控制制造產(chǎn)業(yè)。隨著技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，PLC已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要支柱。

從實(shí)際的各種PLC看，影響其工作效率的主要因素來自于外界對(duì)系統(tǒng)的干擾。雖然現(xiàn)代的自動(dòng)化控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初就加強(qiáng)了其干擾能力，但是當(dāng)其處于惡劣的電場(chǎng)或磁場(chǎng)等環(huán)境之中，仍會(huì)出現(xiàn)比較嚴(yán)重干擾。因此，要提高其工作效率，應(yīng)該加強(qiáng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。自動(dòng)化控制系統(tǒng)的抗干擾性直接的影響其在生產(chǎn)中的可靠性，從而制約著機(jī)械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 影響PLC控制系統(tǒng)的幾大常見干擾源

從現(xiàn)實(shí)的PLC使用情況看，PLC在工作中，周圍的電磁場(chǎng)對(duì)PLC設(shè)備的干擾比較的嚴(yán)重，其次還有噪聲、操作等的干擾。這些都是PLC在實(shí)際使用中的主要干擾源。往下我將針對(duì)這幾個(gè)干擾源逐一展開闡述。

由于工作當(dāng)中電流的變化，使得產(chǎn)生感應(yīng)電流，造成一定的電輻射。這對(duì)于電子通訊設(shè)備的干擾非常的大。作為自動(dòng)化控制系統(tǒng)的PLC，電磁場(chǎng)干擾的主要來源有：

1）來自于電源的干擾?，F(xiàn)代的PLC控制系統(tǒng)的電源都還是傳統(tǒng)的電網(wǎng)式供電。然而電網(wǎng)容易受到外界各種磁場(chǎng)的干擾，造成電流在傳輸?shù)倪^程中發(fā)生改變，改變的電流產(chǎn)生感應(yīng)電流。這些產(chǎn)生的感應(yīng)電流通過電網(wǎng)的傳輸線傳送至PLC控制系統(tǒng)的電源開關(guān)。因此，使得控制系統(tǒng)不能正常的工作。嚴(yán)重的話，還會(huì)造成設(shè)備失靈，設(shè)備內(nèi)部零件的損壞。

2）來自接地混亂的干擾。接地的方法可以很好的改善PLC控制系統(tǒng)中電子設(shè)備對(duì)電磁場(chǎng)的兼容性。一般情況下，合理的接地，可以良好的解決電場(chǎng)場(chǎng)的干擾。然而，如果在接地中出現(xiàn)接地混亂的情況，這樣就會(huì)加劇外來信號(hào)源的干擾，不僅不能很好的解決電場(chǎng)場(chǎng)的干擾，而且由于自身錯(cuò)接產(chǎn)生的錯(cuò)位電流磁場(chǎng)也會(huì)嚴(yán)重的制約儀器設(shè)備的正常工作。在實(shí)際中，出現(xiàn)的錯(cuò)亂接地，很容易造成設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確度下降，工作可靠度減小。

3）來自空間輻射的干擾。這種干擾是PLC控制系統(tǒng)在使用當(dāng)中常見的干擾源。其主要來自于一些通訊設(shè)備、電子設(shè)備、雷電、雷達(dá)等。當(dāng)PLC處于這種空間輻射的環(huán)境時(shí)，這些來自設(shè)備和自然產(chǎn)生的電磁輻射對(duì)PLC系統(tǒng)內(nèi)部電子設(shè)備產(chǎn)生產(chǎn)生感應(yīng)電流。由于設(shè)備內(nèi)部有些部件的可容電流量極小，這些產(chǎn)生的感應(yīng)電流遠(yuǎn)大于其承受力，在這種情況下，往往出現(xiàn)設(shè)備燒壞或無法正常工作的現(xiàn)象。PLC控制系統(tǒng)在工作進(jìn)行中，還具備通訊功能。當(dāng)空間輻射國(guó)強(qiáng)時(shí)，通訊設(shè)施的通信線路產(chǎn)生感應(yīng)電流，使得通訊功能下降甚至不能進(jìn)行，對(duì)數(shù)據(jù)的有效傳輸產(chǎn)生很大的影響。

4）來自其他信號(hào)的干擾。隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電子設(shè)備運(yùn)用廣泛。如雷達(dá)、手機(jī)、電腦等都會(huì)造成控制系統(tǒng)的外來信號(hào)干擾。這些外來信號(hào)干擾源會(huì)影響到PLC控制系統(tǒng)中的信息傳輸功能。當(dāng)控制系統(tǒng)在工作中，遇到較強(qiáng)的外來信號(hào)干擾源時(shí)，會(huì)造成系統(tǒng)的I/O信號(hào)不正常工作，這對(duì)于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、有效傳輸影響很大。嚴(yán)重時(shí)，甚至出現(xiàn)控制系統(tǒng)中，一些精密傳輸零件的損壞。這些都會(huì)對(duì)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸上的可靠性產(chǎn)生較大影響，甚至出現(xiàn)數(shù)據(jù)的缺失的嚴(yán)重后果。這樣都大大減小了系統(tǒng)的可靠度。

5）來自變頻器的干擾。變頻器主要運(yùn)用于微電子技術(shù)，是一種可以改變電源頻率的控制設(shè)備?；谧冾l器的工作原理，其在運(yùn)行當(dāng)中產(chǎn)生的電感會(huì)造成供電電網(wǎng)的電流改變，使得進(jìn)行供電的電流不適合控制系統(tǒng)的實(shí)際需求量。而且由于電源的頻率發(fā)生改變，使得周圍產(chǎn)生一定的電磁輻射，影響到整個(gè)控制系統(tǒng)中的電子設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

6）來自自身的電子設(shè)備的干擾。作為PLC系統(tǒng)電子設(shè)備，當(dāng)其內(nèi)部各部件在正常工作時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生一定的輻射，這樣對(duì)其他精準(zhǔn)儀器都會(huì)產(chǎn)生一定的影響。如果生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)時(shí)，對(duì)各零件的兼容設(shè)計(jì)不足時(shí)，都會(huì)使得設(shè)備在使用中出現(xiàn)人為不可控制的故障。

7）來自人為的失誤操作的干擾。這一方面的干擾是可避免的，由于現(xiàn)代控制系統(tǒng)的操作都是數(shù)字化，做為一種新型的電子產(chǎn)物，其中有許多的電子設(shè)備十分的精細(xì)，一次失誤的操作都可能造成嚴(yán)重的設(shè)備損傷，使得整個(gè)的控制系統(tǒng)不能正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。在實(shí)際中，由于不當(dāng)?shù)牟僮鳎€可能出現(xiàn)短時(shí)間的控制系統(tǒng)死機(jī)的情況，這樣就會(huì)影響到整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的正常生產(chǎn)，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 基于上述干擾的七點(diǎn)措施

PLC控制系統(tǒng)的可靠度，直接制約機(jī)械產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。面對(duì)上述中存在的諸多干擾源，有針對(duì)性的提出七點(diǎn)抗干擾措施，來加強(qiáng)PLC控制系統(tǒng)在工作中的可靠度。

1）抗電源干擾措施。其實(shí)，PLC控制系統(tǒng)本身就有較強(qiáng)的抗干擾能力。在一般的情況下，只需將PLC電源和其他設(shè)備的線分開處理，就可以很好的防止來自電源的干擾。由于電源的干擾主要來自于外部感應(yīng)電流的產(chǎn)生，因此能夠有效的減少感應(yīng)電流的產(chǎn)生，就可以減少感應(yīng)電流帶來的損害。一般下，現(xiàn)在的PLC控制系統(tǒng)的電源都采用隔離能力優(yōu)良的電源。然而這種簡(jiǎn)單的做法并不能很好的減少感應(yīng)電流帶來的損害。因此，建議對(duì)控制電源采用多層次單獨(dú)隔離甚至屏蔽的做法，這樣就可以很好的減少感應(yīng)電流通過電源帶來的影響。對(duì)于目前的供電電網(wǎng)受外界干擾因素多、抗干擾能力差的特點(diǎn)，應(yīng)該采用不同于普通的供電模式對(duì)PLC控制系統(tǒng)供電，來保障提供高質(zhì)量的電力。

2）抗接地混亂的干擾措施。針對(duì)這一干擾，應(yīng)該要明確控制系統(tǒng)的具體接地方式，其接地方式主要有直接接地方式、電容接地、浮地接法等幾種方式。而PLC控制系統(tǒng)屬于高速低電壓系統(tǒng)裝置，因此一般采用簡(jiǎn)單的接地方式。對(duì)于控制系統(tǒng)中的各設(shè)備數(shù)據(jù)線及電源線應(yīng)該合理的分開鋪設(shè)，避免彼此數(shù)據(jù)電源的交錯(cuò)混亂，對(duì)于幾種信號(hào)線還要做到屏蔽及接地的處理。在接地的距離上還要注意節(jié)地點(diǎn)的距離，理論上接地點(diǎn)的距離要在10厘米以上。這樣就可以很好的解決因?yàn)榛旖釉斐傻母蓴_。

3）抗變頻器干擾措施。變頻器的干擾因素主要是由于其實(shí)際的工作原理造成。所以，從源頭找解決的方式不太理想，應(yīng)該針對(duì)變頻產(chǎn)生的感應(yīng)電流波，盡量的減少輸出的感應(yīng)點(diǎn)波，從而對(duì)輸出端的處理，是這一干擾源解決的關(guān)鍵。在實(shí)際情況下，一般使用輸出電抗器或過濾器來減少變頻器因?yàn)樽冾l造成的感應(yīng)電流。實(shí)際上，這種措施不能從根源上解決這一干擾源，只能最大的減弱。即使在實(shí)際中，增加了以上防范措施，但是還有一定的感應(yīng)電流，然而已是非常的小了，對(duì)系統(tǒng)的一些精密儀器損傷可以忽略不計(jì)。

4）抗空間輻射干擾的措施。從實(shí)際情況看，造成這一干擾源的因素諸多。自然界的打雷、閃電等產(chǎn)生的電場(chǎng)干擾，我們無法避免。但是針對(duì)這一緣故，我們可以加強(qiáng)控制系統(tǒng)中設(shè)備的抗干擾能力，諸如在設(shè)計(jì)中盡量的減少設(shè)備對(duì)自然磁場(chǎng)的感應(yīng)，甚至還可以通過切斷自然磁場(chǎng)的傳播來較少其干擾?？臻g的輻射還來自雷達(dá)、手機(jī)等電子設(shè)備，因此，在控制系統(tǒng)工作的環(huán)境中避免不必要的電子設(shè)備和通訊工具的使用。針對(duì)，因?yàn)榭臻g的輻射造成的感應(yīng)電流，可以使用濾波器，減少感應(yīng)電流波對(duì)設(shè)備的影響?；诂F(xiàn)在的光纖技術(shù)的快速發(fā)展，一些PLC的制造商使用光纖技術(shù)對(duì)信息的傳輸和有效隔離。

5）抗外來信號(hào)干擾的措施。PLC控制系統(tǒng)具有信息傳輸功能，因此，外來信號(hào)的干擾對(duì)信息的傳輸有比較大的影響。針對(duì)外來信號(hào)由信號(hào)線引入造成的干擾。在處理時(shí)，可以使用信息過濾器或屏蔽器，過濾掉外來的干擾信號(hào)源。屏蔽器的使用可以使得PLC控制系統(tǒng)處于一個(gè)較封閉的環(huán)境中，受到外來信號(hào)的干擾大大減少。針對(duì)操作人員，應(yīng)該避免在工作當(dāng)中帶進(jìn)諸如手機(jī)、廣播等通訊電子產(chǎn)品。這一干擾源的消除還是盡量從源頭上減少輸入外來信號(hào)。

6）針對(duì)設(shè)備自身電子設(shè)備的干擾。對(duì)于這一干擾源的產(chǎn)生，來源于設(shè)備工作中的輻射。因此，可以在設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)設(shè)備進(jìn)行合理的處理。對(duì)于一些設(shè)備，應(yīng)該應(yīng)該進(jìn)行相對(duì)獨(dú)立的鋪設(shè)處理，盡量避免設(shè)備間明顯的外部接觸。對(duì)于輻射較大的設(shè)備，可以進(jìn)行多層隔離處理，減少和其他設(shè)備的接觸。

7）針對(duì)人為的干擾源。這是可以盡量避免的干擾。在解決的過程中，加強(qiáng)對(duì)操作人員的技術(shù)培養(yǎng)非常的重要。在操作中，操作人員要嚴(yán)格按照操作規(guī)則進(jìn)行，避免因?yàn)槭韬龅仍斐傻囊馔飧蓴_。還有，加強(qiáng)員工的安全意識(shí)也是非常的重要。

3 結(jié)束語

機(jī)械自動(dòng)化控制化系統(tǒng)的發(fā)展，加快了當(dāng)今工業(yè)的發(fā)展。PLC控制系統(tǒng)作為當(dāng)今新型的控制系統(tǒng)，有其操作簡(jiǎn)單、可靠度高的特點(diǎn)，而廣泛得到使用。但我們也看到了其存在的一些缺陷，不足之處來源于各種的干擾源。通過對(duì)其系統(tǒng)的闡述分析，PLC控制系統(tǒng)干擾處理是一個(gè)很復(fù)雜的工程，在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中需要考慮的因素諸多；在工作使用中，一些專業(yè)的素養(yǎng)是必須的。因此，PLC控制系統(tǒng)的更可靠、準(zhǔn)確的工作，還需要不斷的技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。

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