淺談PLC與人機(jī)界面抗干擾措施

王桂蘭

（長(zhǎng)江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430200）

淺談PLC與人機(jī)界面抗干擾措施

王桂蘭

（長(zhǎng)江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430200）

PLC與人機(jī)界面在生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而不同的生產(chǎn)環(huán)境又會(huì)使 PLC與人機(jī)界面受到不同程度的外部干擾與內(nèi)部干擾。文章從電源抗干擾、硬件抗干擾、軟件抗干擾等幾個(gè)方面對(duì)PLC與人機(jī)界面控制技術(shù)的抗干擾措施作出了探討與研究。

PLC；人機(jī)界面；抗干擾

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的功能也越來(lái)越完善，越來(lái)越強(qiáng)大，獲得的使用效果也越來(lái)越滿(mǎn)意。但是，為了確?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，除了確?？刂破鞴δ艿姆€(wěn)定之外，還要采取相應(yīng)的措施，提高整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果PLC在濕度很大、溫度很高、沖擊和振動(dòng)很強(qiáng)的極端惡劣的環(huán)境中運(yùn)行，會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響，此外，如果系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中受到的干擾因素過(guò)多也同樣會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，除了確保外界環(huán)境因素之外，還需要采取抗擾的措施，為系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供條件。在人際界面中會(huì)受到諸多因素影響，因此，如此解除干擾是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題。進(jìn)行具體工程的抗干擾設(shè)計(jì)時(shí)，既要預(yù)先采取抗干擾措施，也要根據(jù)設(shè)備，通常安裝抗干擾軟件、切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑、抑制干擾源等措施，不斷提升系統(tǒng)的抗干擾能力，最終達(dá)到滿(mǎn)意的效果。

1　PLC與人機(jī)界面的電磁干擾的主要來(lái)源

1.1 電源對(duì)PLC控制器的干擾

PLC控制器電源通常采用隔離電源，在運(yùn)行中，由電源導(dǎo)致的PLC故障十分常見(jiàn)，特別是短路電流的沖擊、開(kāi)關(guān)操作浪涌、起停大型設(shè)備、電網(wǎng)內(nèi)部的變化等，都通過(guò)輸電線路傳遞到隔離電源變壓器原邊，從而產(chǎn)生干擾。

1.2 PLC與人機(jī)界面內(nèi)部的干擾

在工作中人際界面的內(nèi)部期間及其電路間產(chǎn)生的輻射、可編程控制器輻射，都會(huì)導(dǎo)致干擾。如邏輯地與模擬地間的相互影響、元器件之間的不匹配等，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分比較。

1.3 外接信號(hào)線對(duì)PLC的干擾

可編程控制器連接的各類(lèi)信號(hào)線，易受到外部干擾侵入。在隔離性能比較差的系統(tǒng)當(dāng)中，可能導(dǎo)致共地系統(tǒng)總線回流，進(jìn)而引起數(shù)據(jù)混亂，導(dǎo)致系統(tǒng)死機(jī)或者誤動(dòng)。

2　PLC與人機(jī)界面的抗干擾措施

2.1 抑制電網(wǎng)引入的干擾

PLC控制器盡量使用獨(dú)立的24V直流電源，這樣不給系統(tǒng)中的其他傳感器供電，可以有效減少出現(xiàn)故障的概率，這是放置對(duì)PLC造成干擾的重要方法。在系統(tǒng)中采用動(dòng)力線路方法對(duì)PLC控制器供電，采取直接從低壓配電室主母線上分離專(zhuān)門(mén)的供電線路。不同的器件采用不同的供電方案，I/O系統(tǒng)和控制器的供電與主電路電源分開(kāi)，分別采用各自的隔離變壓器進(jìn)行供電；共用信號(hào)儀表和變送器的供電應(yīng)該配電器，配電器的具體要求如下：采用多次隔離和屏蔽及漏感技術(shù)、分布電容??；對(duì)于編程器、中央處理器、電源變壓器等部件，采用導(dǎo)磁和導(dǎo)電性均良好的材料實(shí)現(xiàn)屏蔽處理，這樣可以避免其在工作過(guò)程中外界信號(hào)的干擾。此外，如果電源存在波動(dòng)出現(xiàn)電壓毛刺或畸變的情況也將會(huì)對(duì)I/O模塊和PLC產(chǎn)生影響，因此，為了避免這個(gè)問(wèn)題，需要對(duì)微處理器核心部件的+5V電源進(jìn)行處理讓其適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)及降低欠電壓、過(guò)電壓的影響，一般情況下處理方法會(huì)采用多級(jí)濾波及集成電壓調(diào)整器。電源線盡量采用平行走線的方式，使電源線對(duì)地呈低阻抗，以降低電源噪聲對(duì)其產(chǎn)生的干擾。由于使用的是不同的接地方法，因此，對(duì)干擾產(chǎn)生的抑制效果也是不一樣的，在一般情況下輸出和輸入線使用雙絞線并且屏蔽層應(yīng)可靠接地，能夠有效抑制共摸干擾，而次級(jí)線圈不能接地，還需安裝一臺(tái)隔離變壓器（屏蔽層的變比為1∶1），以降低地與設(shè)備之間的干擾，還可以在電源輸入端串接LC濾波電路等。當(dāng)然，為保證電網(wǎng)饋電不中斷，也可采用UPS供電，提高供電的可靠性。對(duì)于一些重要設(shè)備，應(yīng)采用雙供電系統(tǒng)。

2.2 消除PLC、人機(jī)界面的空間輻射干擾

因?yàn)椴煌男盘?hào)是使用不同的線纜進(jìn)行傳輸?shù)?，進(jìn)行在對(duì)線纜進(jìn)行敷設(shè)的時(shí)候必須使用遠(yuǎn)離技術(shù)進(jìn)行分層敷設(shè)，對(duì)于相同類(lèi)型的信號(hào)線進(jìn)行敷設(shè)的時(shí)候需要采用雙絞的方式敷設(shè)。

如果采用同一電纜的不同導(dǎo)線對(duì)動(dòng)力信號(hào)和電源進(jìn)行同時(shí)傳送則將會(huì)產(chǎn)生信號(hào)線與動(dòng)力電纜距離過(guò)近的情況，使電纜之間的夾角增大，容易出現(xiàn)電磁干擾，因此，為了避免出現(xiàn)這種情況，禁止采用同一電纜的不同導(dǎo)線對(duì)動(dòng)力信號(hào)和電源進(jìn)行同時(shí)傳送。為了有效避免電纜特別是變頻裝置導(dǎo)致的電磁干擾，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要使用屏蔽電纜從干擾途徑上杜絕干擾現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3　PLC控制器輸入輸出通道的抗干擾措施

信號(hào)之間的線性差模干擾的降低可以通過(guò)輸入模塊濾波實(shí)現(xiàn)。通過(guò)PLC控制器接地的方式可以減少輸入信號(hào)與大地間的共模干擾。如果輸入端存在感性負(fù)載時(shí)，不同的輸入信號(hào)采用不同的方式降低干擾，直流輸入信號(hào)通過(guò)并接續(xù)流二極管，交流輸入信號(hào)在負(fù)載兩端并接電阻及電容可降低共模干擾。采用RC浪涌吸收器，可為了抑制輸入信號(hào)線間的寄生電容、與其他線間的寄生電容或耦合所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。另外，采用輸出點(diǎn)串接中間繼電器或光電耦合措施，可防止PLC控制器輸出點(diǎn)直接接入電氣控制回路，在電氣上完全隔離。

動(dòng)力線、控制線以及PLC的電源線和I/O線應(yīng)分別配線，隔離變壓器與PLC和I/O之間應(yīng)采用雙絞線連接。將PLC的I/ O線和大功率線分開(kāi)走線，如必須在同一線槽內(nèi)，分開(kāi)捆扎交流線、直流線，若條件允許，分槽走線最好，這不僅能使其有盡可能大的空間距離，并能將干擾降到最低限度。除此之外，在應(yīng)對(duì)干擾的過(guò)程中，使用信號(hào)隔離器也能取得很好的效果，其具體原理是，將PLC要接收的信號(hào)首先進(jìn)行半導(dǎo)體器件變換，之后由光感或者是磁感器進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)解調(diào)變回原來(lái)的信號(hào)或者是不同的信號(hào)，同時(shí)對(duì)隔離后信號(hào)的供電電源進(jìn)行隔離處理。保證變換后的信號(hào)、電源、地之間絕對(duì)獨(dú)立。在有干擾的環(huán)境中只有在輸入和輸出兩個(gè)端口都安裝隔離器，才能解決干擾的問(wèn)題。

4　PLC控制器抗干擾的軟件措施

引起電磁干擾的原因很多，要從根本上解決這個(gè)問(wèn)題是不可能的，因此，在設(shè)計(jì)PLC控制器時(shí)，需要考慮軟件的抗干擾作用，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)一步提升。采取的軟件抗干擾措施如下：采用定時(shí)器延時(shí)來(lái)去掉抖動(dòng)，根據(jù)系統(tǒng)要求及觸點(diǎn)抖動(dòng)情況確定定時(shí)時(shí)間及響應(yīng)速度，確保觸點(diǎn)穩(wěn)定后進(jìn)行任務(wù)處理；采用軟件濾波方法如去極值平均濾波、防脈沖干擾平均值濾波、中值濾波等對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理；采用間接跳轉(zhuǎn)，設(shè)置軟件保護(hù)；采用信息冗余技術(shù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件標(biāo)志位等。

5　正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)

接地的作用是抑制干擾，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行，避免電壓沖擊危害，因此，需要對(duì)接地系統(tǒng)進(jìn)行完善以降低電磁干擾。系統(tǒng)的接地方式分為3種，分別為電容接地、直接接地方式及浮地方式。對(duì)于PLC控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，采用直接接地的方式抗干擾效果較好。由于不同裝置之間的信號(hào)交換頻率通常情況下都小于1MHz，因此，通常情況下，PLC控制系統(tǒng)的接地線最好采用單獨(dú)接地的方式，避免和其他設(shè)備串連接地，但是可以和其他設(shè)備公共接地。

如果裝置之間的距離不一樣，采用的接地方式也不一樣，如果裝置之間的間距比較大則可以采用串聯(lián)一點(diǎn)接地的方式，即采用絕緣電纜或者是銅母線，將各個(gè)裝置的柜體中心接地點(diǎn)連接在一起，連接在一起之后將接地母線和接地地極直接相連。接地極的埋設(shè)地點(diǎn)要求距離建筑物較遠(yuǎn)，其距離要大于10m，最好在10～15m之間，而且PLC系統(tǒng)的接地點(diǎn)必須與強(qiáng)電設(shè)備的接地點(diǎn)相距10m以上。信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層不接地時(shí)應(yīng)在PLC側(cè)接地，信號(hào)線中間有接頭時(shí)，要求屏蔽層連接十分牢固并進(jìn)行絕緣處理，一定不能出現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)接地的情況；選擇適當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c(diǎn)接地，要避免多點(diǎn)接地等。對(duì)于絕緣電纜或者是銅母線來(lái)說(shuō)，要求線的截面積較大，通常銅導(dǎo)線的界面面積大于20mm2，總母線使用的銅排要求其截面大于60mm2。如果裝置之間的間距教小，也就是集中布置的PLC系統(tǒng)，比較適宜采用并聯(lián)一點(diǎn)接地方式，即每個(gè)裝置采用單獨(dú)接地線將柜體中心接地點(diǎn)和接地極相連。

6　設(shè)備選型

由于不同廠家生產(chǎn)的PLC設(shè)備不同，其抗干擾指標(biāo)和其抗干擾能力也不相同，因此，在選用設(shè)備之前，需要對(duì)設(shè)備的性能進(jìn)行詳盡的了解，分析其抗干擾的能力，選用抗干擾能力較高的設(shè)備，如采用浮地技術(shù)、人機(jī)界面HMI、隔離性能好的可編程控制器?？删幊炭刂破?、人機(jī)界面現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)的抗干擾問(wèn)題，是復(fù)雜而細(xì)致的。預(yù)防干擾需要綜合考核各種因素，必須根據(jù)實(shí)際情況，排除干擾源、切斷干擾途徑進(jìn)行綜合考慮，采取各種措施有效預(yù)防干擾，并且將抗干擾設(shè)施引進(jìn)到可編程控制器以及人機(jī)界面設(shè)計(jì)中，這樣才能提高其綜合抗干擾能力，確保整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

7　結(jié)語(yǔ)

本文分析了PLC應(yīng)用中的抗干擾措施，并對(duì)每項(xiàng)措施的實(shí)施進(jìn)行詳盡的分析，期望取得良好的效果，在今后的研究中，要進(jìn)一步加強(qiáng)這方面的研究，為PLC的運(yùn)行創(chuàng)設(shè)一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境。

［1］金彥平.可編程序控制器及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］李向東.電氣控制與PLC［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

Analysis on the measures for anti-interference of PLC and human machine interaction

Wang Guilan
（Changjiang Institute of Technology， Wuhan 430200， China）

PLC and human machine interaction have been widely used in the field of production， and different production environment will make the PLC and human machine interaction be subject to different degrees of external and internal interference. In this paper， the anti interference measures of PLC and human machine interaction control technology were discussed and several aspects such as power supply antiinterference， hardware anti-interference and software anti-interference were studied.

PLC； human machine interaction； anti-interference

王桂蘭（1972— ），女，湖北天門(mén)，副教授；研究方向：PLC和單片機(jī)智能控制技術(shù)。