PLC運(yùn)行失效的引起的思考

高峰

摘要：本文主要通過一次PLC運(yùn)行的失效進(jìn)行分析，研究失效時(shí)的原因，電磁輻射干擾的方式和原因，提出解決措施的辦法，希望本文對(duì)遇到類似故障能起到一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：PLC；射頻干擾；解決措施

中圖分類號(hào)：TM571.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）04-0011-02

在廣播電視發(fā)射臺(tái)中，電磁輻射是正常的工作信號(hào)，這些正常的信號(hào)也帶來了設(shè)備工作的不穩(wěn)定的因素，往往使正常運(yùn)行的設(shè)備工作失效，造成發(fā)射設(shè)備工作不穩(wěn)定，帶來偶發(fā)性的故障，嚴(yán)重的影響了安全播出的效果，由于是突發(fā)性的故障，更嚴(yán)重會(huì)帶來發(fā)射及附屬設(shè)備如電子管的損壞。本文主要通過一次PLC運(yùn)行的失效進(jìn)行分析，研究失效時(shí)的原因，電磁輻射干擾的方式和原因，提出解決措施的辦法，希望本文對(duì)遇到類似故障有參考意義。

1 PLC失效的分析

這套PLC系統(tǒng)使用的是羅克韋爾的設(shè)備，系統(tǒng)主要分為，PLC控制系統(tǒng)、開關(guān)位置信號(hào)取樣、閉鎖機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)四大部分組成。工作原理是，按照預(yù)設(shè)的時(shí)間讓開關(guān)切換到指定的位置，當(dāng)開關(guān)到位后，開關(guān)到位的位置信號(hào)反饋給PLC開關(guān)到位，開關(guān)到位后閉鎖機(jī)構(gòu)鎖住，發(fā)射設(shè)備可以加上高壓，如果在開關(guān)不到位時(shí)，閉鎖機(jī)構(gòu)解鎖，發(fā)射設(shè)備無法加上高壓，對(duì)發(fā)射設(shè)備，倒換開關(guān)進(jìn)行保護(hù)[1]。PLC控制系統(tǒng)（閉鎖機(jī)構(gòu)在閉鎖狀態(tài)）如圖1所示。

在發(fā)射設(shè)備正常運(yùn)行過程中，根據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)工作在11.9MHz、13.7MHz、15.3MHz、17.9MHz時(shí)，發(fā)射設(shè)備頻繁掉高壓后自動(dòng)合上。經(jīng)過故障排查發(fā)現(xiàn)閉鎖機(jī)構(gòu)在上述頻率時(shí)候不斷打開，造成發(fā)射設(shè)備頻繁的掉高壓。經(jīng)過多次故障分析，檢查發(fā)現(xiàn)PLC程序中，開關(guān)位置信號(hào)不斷的顯示未知狀態(tài)，檢查開關(guān)位置回送信號(hào)正常，當(dāng)PLC程序中顯示未知狀態(tài)時(shí)候，閉鎖機(jī)構(gòu)失鎖，發(fā)射機(jī)掉高壓。PLC控制系統(tǒng)（閉鎖機(jī)構(gòu)在打開狀態(tài)）如圖2所示。

如圖2所示，在發(fā)生上述故障時(shí)候，使用示波器進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在A點(diǎn)和B點(diǎn)有明顯的干擾信號(hào)，在C、D、E和F點(diǎn)只有正常的信號(hào)，沒有看到干擾信號(hào)，讀取PLC程序，在梯形圖中，可以看到由于開關(guān)為位置信號(hào)取樣信號(hào)經(jīng)常讀取不到，在沒有開關(guān)位置信號(hào)的情況下，PLC認(rèn)為開關(guān)不在應(yīng)該的位置狀態(tài)，為了保護(hù)開關(guān)防止高壓連弧燒毀，PLC強(qiáng)制閉鎖機(jī)構(gòu)斷開，發(fā)射設(shè)備斷高壓，引起上述的故障。

2 原因分析

干擾途徑分析：根據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)工作頻率在11.9MHz、13.7MHz、15.3MHz、17.9MHz時(shí)，工作波長(zhǎng)在25.2-16.8米，對(duì)干擾源進(jìn)行分析，因?yàn)榘l(fā)射設(shè)備工作在強(qiáng)電磁環(huán)境，電磁波信號(hào)在發(fā)射場(chǎng)區(qū)有輻射。開關(guān)位置取樣信號(hào)線纜長(zhǎng)度大概在5-30米之間，線纜長(zhǎng)度正好在上述工作波長(zhǎng)中間。位置取樣信號(hào)線纜正好像接收天線一樣，電磁信號(hào)就在位置取樣信號(hào)的線纜以最大的功率傳輸，進(jìn)而干擾PLC的輸入電壓，由于輸入電壓變化，正好在變化的門限電壓上，PLC認(rèn)為開關(guān)位置不到位，所以封鎖強(qiáng)制閉鎖機(jī)構(gòu)[2]。

干擾電路分析：這些射頻干擾對(duì)PLC的正常運(yùn)行造成了不良影響，在電路中如圖2所示，是一種串模信號(hào)的干擾，串模信號(hào)疊加在正常的開關(guān)位置取樣信號(hào)上，是由于電纜長(zhǎng)度及長(zhǎng)線的感應(yīng)造成，實(shí)際傳輸信號(hào)如圖3所示。

圖3中的上圖U1表示正常理想的開關(guān)位置信號(hào)，下圖的U1表示實(shí)際過程中，在傳輸線上串入干擾信號(hào)后的圖形，干擾源來自傳輸線纜的感應(yīng)信號(hào)。

3 采取的措施

通過上述測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)干擾源頭是正常播出的信號(hào)，不能把正常播出的信號(hào)中斷掉來抑制干擾的源頭。抑制干擾的措施有很多種，常用的有使用提供穩(wěn)定的電源、屏蔽、濾波、加裝隔離、良好接地和在PLC軟件上進(jìn)行處理。

3.1 穩(wěn)定的電源

在PLC系統(tǒng)中，PLC使用的電源是防止干擾重要手段，應(yīng)為供電系統(tǒng)的干擾是通過電源線耦合串入PLC系統(tǒng)中，影響這PLC系統(tǒng)的電源模塊、輸入輸出模塊等。通過加裝濾波器的方式來濾除射頻干擾信號(hào)從電源線傳到到PLC系統(tǒng)中。也可以在PLC的電源前端加裝隔離變壓器，這樣來濾除射頻干擾信號(hào)，有條件可以使用在線式的UPS（不間斷電源）來供電，可以提供優(yōu)質(zhì)的沒有任何諧波分量的電源，可以使PLC系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。

3.2 屏蔽的方式

在PLC的設(shè)備機(jī)箱中使用帶屏蔽的機(jī)箱，讓PLC工作在屏蔽的機(jī)箱內(nèi)，將無線電磁輻射減少對(duì)PLC工作機(jī)箱的耦合，阻止空間的電磁輻射到機(jī)箱中。位置取樣信號(hào)的控制線使用帶有屏蔽層的線纜，防止采樣信號(hào)在正常傳輸過程中受到電磁輻射的干擾。增加屏蔽層后，電磁干擾在控制電纜中芯線產(chǎn)生的感應(yīng)電流增大時(shí)，屏蔽層的感應(yīng)電流在減少，電流方向是一致的，根據(jù)電流恒定定律，總的電流是為零的。在控制線上增加屏蔽層會(huì)使整個(gè)干擾降低。

3.3 使用電容濾波的方式

理想的電容的阻抗在理論上是：頻率越高，電容的阻抗越小，開始選用電容值在左右的瓷片電容，效果不理想。由于電容的兩腳電感的原因和電容容易構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)諧振電路，計(jì)算和實(shí)際的誤差就相差很大，根據(jù)實(shí)際測(cè)量使用的瓷片電容完美的抑制了上述干擾。有條件可以使用穿心電容，穿心電容有效的避免了上述電容兩腳電感的因素，接近于理想的電容，穿心電容安裝在金屬屏蔽板上，起到了射頻干擾的濾波作用。

在PLC的輸入端，使用的是低通濾波器的形式，如圖4所示，在高頻干擾信號(hào)輻射到控制線中，高頻信號(hào)被抑制，+24V的控制信號(hào)干凈的進(jìn)入PLC中，保證了PLC的正常運(yùn)行。

根據(jù)自己的實(shí)際情況選用合適的濾波電容，如果選用容值較高的電容，在開關(guān)動(dòng)作時(shí)，由于容值的電容比較高，會(huì)造成電容對(duì)PLC進(jìn)行放電，開關(guān)實(shí)際動(dòng)作和PLC顯示的開關(guān)位置有一個(gè)時(shí)間差，會(huì)造成燒毀切換開關(guān)的事故。

3.4 良好接地

接地是為了提高PLC設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，接地一定要規(guī)范，接地系統(tǒng)在整個(gè)開關(guān)控制系統(tǒng)中應(yīng)該統(tǒng)一考慮PLC系統(tǒng)的接地、開關(guān)位置取樣線屏蔽層的接地、供電系統(tǒng)的接地等等。整個(gè)系統(tǒng)要測(cè)量接地點(diǎn)對(duì)大地的接地電阻值，如果阻值不相等，會(huì)造成不同系統(tǒng)接地點(diǎn)的電位差值不同，造成地的電位差，有環(huán)路電流流過接地系統(tǒng)，將設(shè)備的地和屏蔽線的地分別接入，如果先接到一起再接到地可能會(huì)造成接地的環(huán)流，在不同的設(shè)備上如PLC、繼電器、控制電源等設(shè)備上產(chǎn)生不同的電動(dòng)勢(shì)，會(huì)造成PLC因?yàn)殡妷翰畹牟煌壿嬪e(cuò)誤。錯(cuò)誤的接地會(huì)造成嚴(yán)重的系統(tǒng)干擾。嚴(yán)重影響了PLC的正常工作。

給屏蔽的機(jī)箱和屏蔽線提供一個(gè)良好的接地系統(tǒng)，抑制射頻的干擾。屏蔽線需要單點(diǎn)接地，如果兩點(diǎn)都接地時(shí)，兩點(diǎn)會(huì)造成地的電位差，造成電流流過屏蔽線，有射頻干擾的因素存在。在整個(gè)系統(tǒng)中只有控制的信號(hào)地電位，不用考慮射頻的功率地電位，只要保障測(cè)量接地點(diǎn)與大地的接地電阻小于4Ω，使用6-15mm2的接地電纜，可以有效的抑制干擾的能力，保障PLC設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.5 PLC軟件上的處理

通過在軟件上進(jìn)行加裝程序，來消除干擾?？梢栽赑LC程序中加裝定時(shí)器、計(jì)數(shù)器在程序中設(shè)計(jì)中間繼電器都可以實(shí)現(xiàn)干擾的消除。防止觸電的外部抖動(dòng)和外部的射頻干擾，采取增加時(shí)間定時(shí)，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)度或外部射頻的干擾時(shí)間長(zhǎng)度小于定時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)度，縮短系統(tǒng)的相應(yīng)時(shí)間，減少干擾。在輸入端的程序中加裝積分電路的程序，也可以有效的減少干擾。

4 結(jié)語(yǔ)

通過大量的實(shí)驗(yàn)，對(duì)PLC這一失效問題的分析，故障得以解決。射頻抗干擾工作是一個(gè)系統(tǒng)的工作，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況綜合考慮各個(gè)方面的問題和因素，提出合理的解決辦法，PLC系統(tǒng)才能正常工作，采取了上述措施后，經(jīng)過了一年的試運(yùn)行，PLC系統(tǒng)運(yùn)行可靠，再?zèng)]有出現(xiàn)上述問題，存在的問題圓滿解決。

參考文獻(xiàn)

[1]姜治臻，周雪莉.PLC項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)——Twido系列[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]王成林.PLC系統(tǒng)安全運(yùn)行的抗干擾措施和方法[J].電子世界，2014，（8）：267.