淺談單片機PLC控制系統抗干擾能力的途徑

賈俊霞

[摘 要] 隨著經濟的發(fā)展，中國制造業(yè)取得了顯著的進步，PLC作為其中的重要組成部分，應用范圍越來越廣泛。為了保證工業(yè)設備的安全、高效運行，加強單片機PLC控制系統抗干擾能力勢在必行。單片機PLC控制系統是一個十分復雜的問題，因此在分析影響其系統的干擾因素時應廣開思路，以便找到提高抗干擾能力的途徑。

[關 鍵 詞] 途徑；措施；系統

一、影響單片機PLC控制系統的干擾因素分析

單片機PLC是一個控制系統，影響其系統的干擾因素眾多，主要表現為以下幾點：

1.電源波形畸變干擾

PIE控制系統本身或者電網其他設備采用的電力半導體器件多為GRT、GTO、IGBT等，使得其在工作時產生了一些特別的現象，如高次諧波、噪聲、寄生振蕩等，這些因素引起了電網電源發(fā)生了一系列的變化，產生了波形畸變，通過電源線路對PLC產生了干擾。

2.電路耦合干擾

在實際工作中，PLC接地點選擇不當或接地不良的狀況時有發(fā)生，當發(fā)生這種狀況時，回路公共阻抗發(fā)生耦合產生了電流對PLC產生了干擾。

3.輸入元器件觸點的抖動干擾

在實際工作中，在現場常會發(fā)生一些強烈震動的現象，這就會導致PLC輸入元器件觸點發(fā)生抖動，這種抖動常集中在常閉觸點部分，其對PLC來說是一種錯誤的信號，由此產生了干擾。

4.電容性干擾

在干擾源和干擾對象PLC之間并不是虛無的，而是存在著分布的電容耦合，這對PLC也產生了干擾。

5.電感性干擾

干擾源會產生一種磁場，該磁場也被叫做“交變磁場”，其對干擾對象（PLC）中的電感性元件耦合會產生一定的干擾。

6.波干擾

在人們生活的空間中，存在著電磁場，主要是來源于雷達、電臺、移動電話等，其對PLC產生了波干擾。除此之外，傳導波的傳導電流和傳導電壓也會對PLC產生波干擾。

二、加強單片機PLC控制系統抗干擾能力的措施

1.確定科學合理的硬件設計方案

硬件是加強單片機PLC控制系統抗干擾能力的重要途徑，通過科學合理的硬件設計方案來實現系統抗干擾能力，以保證系統在工業(yè)電磁環(huán)境中對于內外電磁干擾具有一定的免疫能力。想要實現這一目標，需要從以下幾個方面來著手。一方面是重視設計階段，在該階段時就要采取措施進行抑制，常用的方法包括三種，分別是抑制干擾源、對電磁干擾的傳播途徑進行切斷或衰減、對裝置和系統不斷進行調整和完善，以提高其抗干擾能力；另一方面是重視硬件設計，在工作中通過采取合理配置供電電源、對接地地點進行慎重選擇、接地方式和輸入輸出配線也要進行科學設計，以此來提高系統的抗干擾能力。

（1）對電源進行精心選擇，以優(yōu)良電源來加強系統的抗干擾能力。有些工作人員工作時，為了節(jié)省時間或不注意細節(jié)，往往在采用電源時會使其受到電網引入的干擾。目前，在對PIE系統供電的電源，具有一個共同的特征，即隔離性能較好，之所以如此選擇，是因為PLC本身具有較強的抗干擾能力。在工作中，只要將PIE 電源與系統動力設備進行分開配線，就能對抗從電源帶來的干擾。這些是普通情況，在實際生活中，其可能會遇到一些特殊情況，此時就需要采取相關的措施來避免或減少這一干擾因素。當電源干擾特別嚴重時，采用帶屏蔽層的隔離變壓器供電是抑制這一干擾因素的重要手段，在此基礎上，還可以加接線路濾波器，不僅可以抑制交直流電源侵入的常模和共模瞬變干擾，還可以抑制PLC內部開關電源向外輻射噪聲。當在實際工作中，想要在有較強干擾源的環(huán)境中使用PIE，或對PLC工作有較高的要求時，不妨采用新方法，將屏蔽層和PIE浮動地端子接地。

（2）因地制宜，采用正確的接地系統。在實際工作中，建立正確的接地系統具有重要意義，是加強單片機PLC控制系統抗電磁干擾的重要手段之一，應引起相關工作者的重視。之所以進行接地，主要是源于兩個因素的考量，分別是安全和抑制干擾。目前，系統接地方式主要包括三種，分別是浮地、直接接地和電容接地。對于不同的系統，應因地制宜，采用不同的接地方式。對于單片機PLC控制系統來說，其控制裝置決定了它在工作中應采用直接接地方式。PIE控制系統接地線并不是隨意進行的，而是受信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等因素的影響，使裝置信號之間的交換頻率往往都處于一個較低的水平，一般不高于1MHz，使得其在接地時采用的接地方式通常為用一點接地和串聯一點接地。集中布置的PLC系統采用的接地方式則與上述方式不同，主要采用并聯一點接地方式，各裝置的柜體中心接地點在引向接地極時，采用單獨的接地線。如果裝置間距較大時，應轉變思路，采用串聯一點接地方式。在進行接地時，應對接地線進行科學選擇，一般常用的接地線為一根大截面銅母線或絕緣電纜，通過這兩種來連接各裝置的柜體中心接地點，最后將接地母線與接地極進行連接。

（3）對輸入、輸出配線方法進行科學設計。對輸入、輸出配線方法進行科學設計是加強單片機PLC控制系統抗電磁干擾的重要手段之一，應引起相關工作者的重視。在具體實施過程中，可以從這幾個方面著手。第一是在進行布線時，應盡量分開布線。在PLC控制系統中，線的種類眾多，如PLC電源線、輸入信號線、輸出信號線、I/0電源線應選擇分開布線。開關量信號線與模擬量信號線與上述布線方式相同，依然采用分開布線的方式，在布線時，模擬量信號線采用的線最好是屏蔽線，并且將屏蔽層接地。在布線時，與模擬量信號線采用同樣材質和接地方式的線還包括數字傳輸線。由于雙絞線具有獨特的特征，即電流方向相反、大小相等，可將電流引起的噪聲進行抵消，故它的信號線可以采用兩種方式，分別是雙絞線或屏蔽線；第二是輸入、輸出信號具有防錯功能。在選擇輸入、輸出類型時，應進行科學選擇。如選擇的信號源為晶體管，或是輸出類型為光電開關時，在關斷時往往會出現漏電現象。針對這一現狀，急需采用合適的輸入、輸出信號材質。PIE的輸入繼電器具有較高的靈敏度，當出現漏電流并超過一定數值時，會形成誤信號。同樣，當輸出元件為VTH（雙向晶閘管）或是在采用晶體管進行輸出時，如果此時外部負載很小，則會出現微小電流負載的誤動，這主要是源于這類輸出元件在關斷時會產生強大的漏電流，由此導致輸入與輸出信號的錯誤，不要小看這一錯誤，它將會對設備和人造成不良的后果。為了避免上述現象的發(fā)生，就需要采用正確的解決方法，即在這類輸入、輸出端采取措施，通過并聯旁路電阻，以減小PLC輸入電流和外部負載上的電流。

（4）對電纜敷設方式進行科學設計。為了加強單片機PLC控制系統抗干擾能力，對電纜敷設方式進行科學設計是實現這一目標的重要途徑，應引起相關工作者的重視?？茖W的電纜敷設方式，可以有效減少動力電纜輻射電磁干擾，對于變頻裝置饋電電纜更是具有得天獨厚的優(yōu)勢。在具體施工過程中，對于不同類型的信號應采用不同的電纜進行傳輸，信號電纜在敷設時，并不是雜亂無章的，而是應按照傳輸信號種類來進行分層敷設，在分層敷設時，應遵循一定的原則，嚴禁使用同一電纜的不同導線同時傳送動力電源和信號，這樣可以避免信號與動力電纜過于靠近，減少其產生的電磁干擾。為了達到這一目標，需要采取以下措施：在施工中，敷設電纜的數目是有一定講究的，一般分4～5層進行敷設和制作橋架。這些層分別為信號電纜、控制電纜、動力電纜、高壓電纜。這樣的敷設方式從硬件措施上著手，盡量避免和減少了電磁干擾。

2.對軟件進行合理設計，以消除電磁干擾的復雜性

在工作中，人們總是懷揣著一種美好的愿望想完全消除干擾影響，而這是不可能達到的。雖說這一目標無法達成，但可以通過諸多措施來盡量減少干擾影響。因此在單片機PLC控制系統的軟件設計和組態(tài)時，應對軟件進行合理設計，通過對這方面的抗干擾處理，使系統的抗干擾能力更上一個新臺階，提高其可靠性。提高軟件結構可靠性的措施眾多，常用的方式包括：數字濾波和工頻整形采樣，對周期性干擾具有積極影響；對參考點電位進行定時校正，在此基礎上，采用動態(tài)零點，可有效防止電位漂移的現象發(fā)生；科學運用信息冗余技術來設計相應的軟件標志位等。PLC是一個有機系統，其內部軟元件眾多，如定時器、計數器等，想要提高其抗干擾能力不妨換種思路，從此入手，利用它們來設計一些程序，對輸入元件的誤信號進行有效屏蔽，以防止輸出元件的誤動作，使系統的抗干擾能力更上一個臺階。

（1） 對可能出現的錯誤信號進行科學屏蔽。在現場中，電磁環(huán)境有時會異常復雜，如果此時只采用硬件措施，將無法消除干擾的影響。這時，就需要借助軟件措施來加以配合。在PLC組成的自動控制系統中，每一次循環(huán)中，雖然眾多物質都在運動，但也有固定不變的，如各工步的動作時間是不變的，它的不變性也導致行程開關或其他敏感元件，如光電開關也是不變的，它們總是在該工步的同一時刻發(fā)出信號。在實際工作中，可根據這一特點來采取措施，通過對兩個定時器的采樣，來屏蔽其他時間可能發(fā)出的誤信號也就是干擾信號。在采樣時，應注意選擇合適的時間，通常是在限定PLC只在該開關正常發(fā)信號時進行采樣。

（2）對觸點可能存在的“抖動”干擾進行科學消除。在單片機PLC控制系統中，外界干擾在所難免，有些輸入元件在接通時，會對觸點產生影響，使其產生斷斷續(xù)續(xù)的“抖動”現象，而這一現象則會引發(fā)錯誤信號的發(fā)出。

（3）巧妙利用時間檢測提示。機械設備在各自工步動作時，所需的時間往往是固定的，即使偶有變化，也不會變動太大。因此，可以以這些時間為參考，對可編程控制器發(fā)出輸出信號，此時如果外部執(zhí)行機構開始時，需要進行一個特別的操作，即啟動一個定時器，并設置定時器的比值，通常來說，該比值一般要比該動作的持續(xù)時間要長，比例大約為20%左右。

單片機PLC控制系統的干擾并不是由一個或幾個因素來組成的，而是一個十分復雜的問題。如今，隨著PLC的發(fā)展，其應用范圍越來越廣泛，與之對應的是，它所面臨的干擾因素越來越多，越來越復雜。此時，就需要采取多種措施，以有效提高系統的抗干擾能力，使單片機PLC控制系統能夠正常運行，為工業(yè)設備的安全高效工作奠定扎實的基礎。

參考文獻：

[1]王建，劉偉，李偉.維修電工國家職業(yè)資格證書取證問答[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]王兆晶.維修電工技師培訓教程[M].濟南：山東科學技術出版社，2002.

[3]方承遠.工廠電氣控制技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[作者單位]陜西省電子信息學校

（編輯：劉莉琴）