PLC控制系統(tǒng)的干擾源的分析與對(duì)策

路澤永 承德石油高等?？茖W(xué)校電氣與電子系

PLC控制系統(tǒng)的干擾源的分析與對(duì)策

路澤永 承德石油高等?？茖W(xué)校電氣與電子系

PLC；控制系統(tǒng)；干擾源；抗干擾

引言

隨著自動(dòng)化技術(shù)和控制技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展， PLC在工業(yè)和企業(yè)控制中得到了廣泛推廣和運(yùn)用，極大地提高了生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。而PLC控制系統(tǒng)很容易受到空間輻射等干擾源的影響，限制了其實(shí)際的控制性能，影響了運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。因此，如何才能有效地防范PLC控制系統(tǒng)中的各種干擾源是當(dāng)前值得深入研究的重要課題。

1.PLC控制系統(tǒng)的常見干擾源

1.1 空間輻射干擾

空間輻射電磁場(chǎng)主要來源于高頻感應(yīng)加熱設(shè)備、雷電設(shè)備、雷達(dá)設(shè)備、電視設(shè)備、電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及電氣設(shè)備的暫態(tài)過程等過程中，也就是我們所謂的輻射干擾。該種類型的干擾具有瞬時(shí)突發(fā)性，不僅可能會(huì)使系統(tǒng)出現(xiàn)失調(diào)、誤動(dòng)作或者不穩(wěn)定等問題，也可能使系統(tǒng)出現(xiàn)失靈問題，甚至可能對(duì)控制系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p壞。另外，該種類型的干擾主要來源于兩種類型，即：其一，因電路感應(yīng)產(chǎn)生輻射，輻射PLC系統(tǒng)內(nèi)部；其二，因通信線路感應(yīng)所引入的干擾也會(huì)在PLC通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生輻射。無論哪種形式的干擾，均會(huì)對(duì)PLC控制系統(tǒng)造成干擾。

1.2 系統(tǒng)外引線干擾

系統(tǒng)外引線干擾也就是所謂的傳到干擾，具體干擾主要借助信號(hào)線和電源引入，其會(huì)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)造成嚴(yán)重干擾，具體主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）電源干擾。電網(wǎng)供電是PLC控制系統(tǒng)供電的主要來源，鑒于實(shí)際工作中的電網(wǎng)覆蓋范圍比較廣，其會(huì)在各種空間電磁干擾的作用下而在相應(yīng)輸電線路上產(chǎn)生感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓。特別是在電網(wǎng)內(nèi)部的表現(xiàn)更為顯著，比如大型電力設(shè)備的啟動(dòng)和停止操作、電網(wǎng)在短路狀態(tài)下存在的暫態(tài)沖擊以及交直流傳統(tǒng)裝置所產(chǎn)生的諧波等，均會(huì)沿著有關(guān)的輸電線路傳送到電源原邊，從而干擾了PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)行。

（2）信號(hào)線干擾。通常而言，各類信號(hào)傳輸線和PLC控制系統(tǒng)之間具有緊密聯(lián)接關(guān)系，所以除了傳輸各類有效信息之外，也會(huì)因外部干擾信號(hào)順著信號(hào)線而對(duì)其產(chǎn)生干擾。該種類型的干擾主要表現(xiàn)為兩種途徑，具體表現(xiàn)為：一方面，通過共用信號(hào)儀表的電源會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成干擾或者信號(hào)線通過變送器供電電源，此時(shí)也會(huì)干擾相應(yīng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)該種類型的干擾也非常容易被忽略；另一方面，在信號(hào)線上存在比較嚴(yán)重的空間電磁輻射的干擾影響，會(huì)降低測(cè)量精度，甚至損傷元器件。特別是對(duì)于哪些隔離性能比較差的PLC控制系統(tǒng)，很可能因信號(hào)的相互干擾而引發(fā)誤操作或者死機(jī)等問題。該種類型的干擾是比較常見的一類PLC控制系統(tǒng)干擾故障。

（3）接地系統(tǒng)混亂下的干擾。接地是提高電子類設(shè)備電磁兼容性的一種重要手段，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)防雷避電的有效途徑。科學(xué)、合理的接地會(huì)在抑制電磁干擾作用的同時(shí)，避免電子類設(shè)備向外發(fā)出輻射干擾。而錯(cuò)誤的接地則可能會(huì)引發(fā)比較嚴(yán)重的干擾信號(hào)，影響PLC控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。而就PLC控制系統(tǒng)的地線而言，其主要包括保護(hù)地線、交流地線、屏蔽地線和系統(tǒng)地線等，具體需要根據(jù)PLC系統(tǒng)的實(shí)際情況來進(jìn)行合理搭接，避免出現(xiàn)混亂接地問題，確保PLC控制系統(tǒng)的順利運(yùn)行。

1.3 系統(tǒng)內(nèi)部干擾

PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部干擾主要是由系統(tǒng)電路間以及其他元器件所存在的各種電磁輻射，比如邏輯電路存在的輻射、邏輯地和模擬地二者之間的影響、各類元器件之間的不匹配使用等均可能會(huì)引發(fā)干擾問題。實(shí)際上，該方面的干擾因素主要在于PLC控制系統(tǒng)制造成所設(shè)計(jì)電磁兼容情況，應(yīng)用者無法自主調(diào)節(jié)和控制，主要通過選擇應(yīng)用比較廣泛的系統(tǒng)即可。

2. PLC控制系統(tǒng)中常見干擾的防范對(duì)策

2.1 電源部分干擾攔截對(duì)策

實(shí)驗(yàn)研究表明，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置情況和空間輻射干擾之間具有緊密聯(lián)系，具體表現(xiàn)在各類設(shè)備所產(chǎn)生電磁場(chǎng)的頻率情況和大小情況下的輻射干擾也各不相同。比如，在空間磁場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)值為3×10-6T時(shí)，就可能使相應(yīng)的計(jì)算機(jī)出現(xiàn)誤算或者誤動(dòng)作等問題，并且在相應(yīng)的強(qiáng)度值達(dá)到2.4×10-4T時(shí)，會(huì)永久性破壞計(jì)算機(jī)。強(qiáng)電場(chǎng)/磁場(chǎng)是空間輻射在PLC控制系統(tǒng)下所產(chǎn)生的最為嚴(yán)重的大氣過電壓?jiǎn)栴}，具體包括電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備暫態(tài)過程以及電磁感應(yīng)問題引發(fā)的過電壓等，所以相應(yīng)的干擾防范對(duì)策主要從電源部分這個(gè)源頭上來進(jìn)行合理控制，具體需要做好以下兩個(gè)方面的防護(hù)工作。

（1）電源部分干擾源攔截措施。 PLC控制系統(tǒng)交流部分加設(shè)一只防雷隔離變壓器裝置（比例為1：1，耐壓等級(jí)≥3500V），并將其初級(jí)同等級(jí)為220V的企業(yè)電源進(jìn)行聯(lián)接，次級(jí)聯(lián)接等級(jí)為220V的測(cè)控系統(tǒng)。另外，在防雷隔離變壓器裝飾初級(jí)、次級(jí)連接位置處均需要并聯(lián)入一只氧化鋅壓敏電阻來確保干擾源抑制的整體效果，具體的PLC控制系統(tǒng)電源干擾攔截示意圖如下圖1所示。

圖1 PLC控制系統(tǒng)電源干擾攔截示意圖

（2）半浮空與泄放技術(shù)措施研究。為了有效地控制空間輻射問題所引發(fā)的PLC控制系統(tǒng)干擾問題，可以采用半浮空及泄放技術(shù)以及屏蔽電纜技術(shù)等防范對(duì)策。其中的半浮空防干擾技術(shù)就是所謂的機(jī)殼接保護(hù)地的方式，可以有效地抑制輻射干擾源，具體就是在相應(yīng)的PCB板裝置中合理增設(shè)意志高質(zhì)量的電容裝置（需要設(shè)置在系統(tǒng)和保護(hù)地之間），以便可以避免過大電流或者電壓所引發(fā)過大輻射干擾。

2.2 合理選擇電纜線材及敷設(shè)方式

針對(duì)PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況來看，通過合理選擇信號(hào)電纜線材，科學(xué)輻射線材，可以有效地增強(qiáng)各關(guān)鍵設(shè)備的穩(wěn)定性，增強(qiáng)其抗干擾性能。在現(xiàn)行的技術(shù)條件下，標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的電纜主要采用直徑尺寸為0.75mm2的兩芯帶屏蔽雙絞線，確保其具有良好的信號(hào)抗干擾性。而在敷設(shè)線纜的過程中，也需要著重做好以下幾個(gè)方面的工作，即：其一，針對(duì)不同類型的信號(hào)傳輸方式，需要采用不同的線纜類型及敷設(shè)方式，具體需要采用分層等敷設(shè)方式；其二，模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)不可采用同一根線纜，并要進(jìn)行合理區(qū)分；其三，在敷設(shè)線纜的時(shí)候，要確保其完整性，尤其是要做好接頭處理工作。此外，要做好電源線纜和信號(hào)線纜二者的隔離工作，避免二者出現(xiàn)信號(hào)干擾問題。

總之，為了避免PLC控制系統(tǒng)在電磁環(huán)境狀態(tài)下出現(xiàn)電磁干擾，必須要針對(duì)性地采取科學(xué)、合理的防干擾對(duì)策，具體的原則是要抑制相應(yīng)的干擾源，切斷電磁干擾傳輸途徑，提高PLC系統(tǒng)抗干擾能力。而就具體的防范對(duì)策而言，可以從合理選擇線纜及敷設(shè)方式，加強(qiáng)電源部分的干擾攔截等方面來著手努力，從而全面增強(qiáng)PLC控制系統(tǒng)的抗干擾性能。

［1］ 李慶.抑制PLC系統(tǒng)干擾源的有效對(duì)策分析［J］.信息與電腦，2015，（8）：81-82.

［2］ 牛霞，孫憲偉.PLC控制系統(tǒng)的干擾源及防范措施探討［J］.中國儀器儀表，2015，（5）：8-9.

［3］ 黃海龍.PLC控制系統(tǒng)的干擾源分析與抗干擾措施［J］.科技展望，2016，24（8）：125-126.

抗干擾是PLC控制系統(tǒng)的基本性能，是確保系統(tǒng)順利運(yùn)行的關(guān)鍵，重要性不言而喻。本文從PLC控制系統(tǒng)的常見干擾源入手，提出了一些抗干擾對(duì)策，以期全面確保PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。