電氣控制與PLC控制系統(tǒng)抗干擾問題研究

王博　董志

摘 要：PLC控制系統(tǒng)在工作過程中會(huì)受到其他的一些影響，所處的電氣自動(dòng)化設(shè)備通常會(huì)在使用時(shí)發(fā)出電壓高輻射以及高電流，對PLC控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生副作用。所以，干擾現(xiàn)象是影響整個(gè)控制系統(tǒng)的根本問題，在設(shè)計(jì)中要求設(shè)計(jì)者充分了解所有可能發(fā)生的干擾的性質(zhì)，并且還要根據(jù)了解到的內(nèi)容來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這樣才可以確?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文將會(huì)對PLC控制系統(tǒng)的干擾源展開研究并且會(huì)針對一些抗干擾方案進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：電氣控制 自動(dòng)化設(shè)備 抗干擾 PLC控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（b）-0039-02

1 PLC控制系統(tǒng)的大致受干擾狀況

根據(jù)以往的使用經(jīng)驗(yàn)可以知道，PLC控制系統(tǒng)在工作過程中通常會(huì)用到各種各樣的模擬信號、數(shù)字信號等電子信號，以及在輔助電路的設(shè)計(jì)中還會(huì)加入一些繼電器、變頻器、電源之類的電路元件，這些信號或者原件在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生幅度或者頻率變化很大的磁場，然后變化的磁場將會(huì)引起電路中電荷無序移動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生噪聲源、也就是所謂的干擾源。一般由電磁引起的干擾源稱為電磁干擾源，這些干擾源的種類有很多種，不論是偶發(fā)干擾還是差模干擾等其他的干擾都會(huì)對PLC控制系統(tǒng)造成無法預(yù)估的影響。微小干擾作用可能會(huì)造成IO點(diǎn)的燒壞，而嚴(yán)重的干擾作用則會(huì)導(dǎo)致設(shè)備電路的大面積壞死，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致設(shè)備撞車甚至伴隨有工作人員的受傷。因此，PLC控制系統(tǒng)的抗干擾問題不可忽視。

2 PLC控制系統(tǒng)的干擾源

2.1 空間的電磁、輻射干擾

實(shí)際上在地球的任何一個(gè)角落都會(huì)有或多或少的輻射，這些輻射有的一般就會(huì)在我們身邊，如無線網(wǎng)絡(luò)輻射、信號塔輻射、家用電器輻射等，一般情況下PLC控制系統(tǒng)在工作時(shí)都會(huì)距離這些輻射較遠(yuǎn)，所受的影響較小。但如果距離較近的化則會(huì)發(fā)生輻射信號和電路的感應(yīng)效果，然后則會(huì)改變IO點(diǎn)的工作狀態(tài)，進(jìn)而產(chǎn)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。

2.2 電源的干擾

一個(gè)完整的PLC控制系統(tǒng)是基于一個(gè)良好的電源，因此電源的穩(wěn)定性至關(guān)重要，決定了系統(tǒng)的性能和狀態(tài)。一般在PLC控制系統(tǒng)工作過程中很多的故障都是由電源引起的。由以往的故障經(jīng)驗(yàn)可以知道，PLC控制系統(tǒng)的電源都是從電網(wǎng)直接接入，而電網(wǎng)并不是單獨(dú)供電的，電網(wǎng)在給PLC控制系統(tǒng)供電過程中同時(shí)還在為其他大大小小的用電設(shè)備供電，這些設(shè)備尤其是大型設(shè)備的運(yùn)行會(huì)引起電路中的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)諧波這類不穩(wěn)定信號，還會(huì)伴隨有變壓器的突變或者短路沖擊等，這些因素都會(huì)對電網(wǎng)產(chǎn)生影響。

2.3 信號線引入的干擾

PLC控制系統(tǒng)通常較為復(fù)雜，一般有各類執(zhí)行器，比如變頻器、力矩馬達(dá)等，除此之外還會(huì)接入一些輸入裝置，如開關(guān)按鈕等，不論是執(zhí)行器還是輸入裝置，在運(yùn)行時(shí)都會(huì)和PLC控制系統(tǒng)相互作用，進(jìn)行信號的互換，雖然在信號呼喚過程中大部分都是有價(jià)值的信號，但是一般信號線的質(zhì)量不太高，另外還會(huì)有絕緣性能、長度等因素都會(huì)有不好的影響，導(dǎo)致信號線在信號傳輸時(shí)會(huì)被雜波信號干擾到，這些干擾信號或多或少都可能會(huì)改變電路的IO點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)工作狀態(tài)變差。

3 PLC控制系統(tǒng)抗干擾辦法

前文論述的干擾源都可能會(huì)對PLC控制系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響，因此如果要想優(yōu)化PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力，就要充分理解以上的干擾源，然后根據(jù)結(jié)論設(shè)計(jì)出合適的優(yōu)化方案并加以實(shí)施，這樣才能改善系統(tǒng)的性能，延長系統(tǒng)使用壽命。

3.1 使用合適的電源

合適的電源可以滿足PLC控制系統(tǒng)最基本的需要，確保系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。PLC控制系統(tǒng)的電源一般采用家用220V交變電流，由于電源電網(wǎng)的變化發(fā)生頻率較高，進(jìn)而導(dǎo)致進(jìn)入控制系統(tǒng)的電壓會(huì)發(fā)生畸變等，這類變化進(jìn)入系統(tǒng)后會(huì)通過執(zhí)行裝置、電路各個(gè)元件以及傳感器等。所以在電源優(yōu)化方案中，要盡量使用隔離性能良好的電源，然后要對高頻信號加以限制，通?？梢圆捎酶綦x器來進(jìn)行抑制，同時(shí)不可忽略傳輸線的負(fù)面作用，一般使用雙絞線代替其他的傳輸線，這樣可以很大程度減弱雜波信號的干擾。另外電源中還會(huì)伴隨有大功率變頻器的高頻諧波的干擾，所以要使用低通濾波器來對這些高頻諧波削弱甚至達(dá)到消除。電源在引入時(shí)要盡量遠(yuǎn)離一些信號源，如果難以避免這些信號源，則可以用金屬板來隔離電磁輻射。一些PLC控制系統(tǒng)會(huì)采用24V直流電源進(jìn)行供電，所以在選擇電源時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮電源的功率大小以及穩(wěn)定性，如果功率較低則難以驅(qū)動(dòng)IO，進(jìn)而引起其他信號紊亂。

3.2 選擇合適的信號傳輸電纜

在PLC控制系統(tǒng)的組成部分中，線纜的作用也是十分重要的。線纜的長度、絕緣性能以及傳輸能力都會(huì)對信號的傳輸產(chǎn)生顯著的影響。在傳輸電纜的抗干擾研究中，提升信號傳輸質(zhì)量可以大大提高傳輸性能，對于變頻裝置饋電電纜更是有十分優(yōu)良的作用。其次，屏蔽層可以有效阻擋外來的干擾，所以在使用時(shí)要在傳輸電纜外面包上適量的屏蔽層。另外，供電線、通信線還有信號線的傳輸?shù)男盘柌煌?，所以要使用不同的傳輸線纜，并且供電線和信號線的傳輸線纜不可以合并，應(yīng)當(dāng)分開鋪設(shè)。信號線與通信線也要和前面一樣分開鋪設(shè)，這樣才能使每種傳輸線的傳輸相對隔離，避免產(chǎn)生信號的干擾。而對于高頻信號的傳輸過程應(yīng)當(dāng)使用同軸電纜。如果在信號傳輸時(shí)出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象，則要選用合適的濾波器來改善傳輸效果，強(qiáng)化抗干擾能力。

3.3 選用合適的濾波器

在實(shí)際使用中濾波器的種類各種各樣，每種濾波器都有其特定的功能，所以在使用過程中應(yīng)當(dāng)充分了解電路的特征，根據(jù)得到的研究結(jié)論來選擇合適的濾波器并且加入到電路中。此外，濾波器的質(zhì)量也會(huì)很大程度影響系統(tǒng)的抗干擾能力，一個(gè)良好的濾波器可以充分過濾所要遺棄的波狀，進(jìn)而提升電路的穩(wěn)定性。PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力不僅在于濾波器的選擇和其質(zhì)量，還與濾波器的安裝息息相關(guān)。如果安裝的不合適則會(huì)浪費(fèi)濾波器的性能，達(dá)不到所需要的效果。

3.4 選擇性能良好的PLC主機(jī)和拓展模塊

PLC的硬件設(shè)計(jì)應(yīng)滿足實(shí)際工作需要，在數(shù)字量輸入輸出方面使用光耦合器件，另外PLC內(nèi)部電路通常要與外部電路形成電氣隔離，這種情況下可以有信號阻擋效果，將大部分外部電路的信號隔離在外。除此之外，PLC的電源線路中含有多重濾波電路，這樣可以過濾大量額外的干擾信號，同時(shí)I/O回路也加入了此類濾波電路。但是市場上品牌琳瑯滿目，型號也多種多樣，每種型號和品牌的功能強(qiáng)弱也各不相同，所以要根據(jù)應(yīng)用場合以及實(shí)際設(shè)計(jì)需要來選擇合適的型號，對不同品牌也要斟酌考慮，這樣最終才能夠選擇性能良好的PLC主機(jī)和拓展模塊。

4 結(jié)語

綜上所述，我國的科技進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開電氣自動(dòng)化行業(yè)的支撐，在工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展中電器自動(dòng)化也提供了很大的幫助。但是電氣自動(dòng)化的自身發(fā)展仍然有一些不足，在PLC控制系統(tǒng)方面仍然有一些不穩(wěn)定的因素導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生故障，系統(tǒng)無法完全正常工作來對電氣自動(dòng)化控制。所以工程技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)在研究設(shè)計(jì)時(shí)充分了解PLC控制系統(tǒng)所受的干擾原因，理解每個(gè)干擾因素，進(jìn)而才可以制作出改善方案，完善PLC控制系統(tǒng)的不足，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化的優(yōu)越性能。

參考文獻(xiàn)

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