基于PLC控制的網(wǎng)絡(luò)信息抗干擾技術(shù)研究

張 鑫，曲鳴飛

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，北京 100176）

0 引 言

PLC技術(shù)被廣泛應(yīng)用在社會的生產(chǎn)行業(yè)中，因此探索與研究PLC控制的網(wǎng)絡(luò)信息抗干擾技術(shù)顯得極其重要。分析多種不相同的網(wǎng)絡(luò)信息抗干擾技術(shù)性能發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信息中存在各種干擾情形，如地環(huán)電流干擾、導(dǎo)線間電、磁場耦合干擾等。充分利用接地技術(shù)，結(jié)合正確的屏蔽方法，可有效回避[1]。網(wǎng)絡(luò)信息中大部分干擾可以被抑制和消除，一部分不能排除。通常，有幾十甚至幾百個輸入、輸出信息在傳輸通道中均勻分布，產(chǎn)生了嚴(yán)重共模干擾現(xiàn)象。然而，實(shí)際上以“地環(huán)電流”為中心技術(shù)的問題一般靠接地抗干擾技術(shù)來解決。

1 基于PLC控制的網(wǎng)絡(luò)信息抗干擾技術(shù)設(shè)計

初步分析PLC控制網(wǎng)絡(luò)信息的干擾源發(fā)現(xiàn)，可以從電源、電纜、I/O信號和接地方式四個方面，對PLC控制的網(wǎng)絡(luò)信息抗干擾技術(shù)進(jìn)行抗干擾設(shè)計[2]。

1.1 電源抗干擾設(shè)計

當(dāng)PLC控制網(wǎng)絡(luò)信息抗干擾技術(shù)需要在干擾需求強(qiáng)烈的情況下工作時，可以進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計交流電源。通常，可以從電源輸入端入手，加入帶屏蔽層的隔離變壓器和濾波結(jié)構(gòu)，這樣共模干擾、差模干擾都可以被濾波結(jié)構(gòu)消除。PLC控制網(wǎng)絡(luò)信息抗干擾技術(shù)想要進(jìn)一步提高抗干擾能力，需要通過隔離變壓器抑制外來干擾。電纜的型號甚至布線的設(shè)計都要有一定的要求。

1.2 電纜抗干擾設(shè)計

設(shè)計PLC控制網(wǎng)絡(luò)信息抗干擾技術(shù)時，針對不同型號信息選用不同型號的電纜區(qū)輸送信息。例如，針對低頻信號、傳輸距離遠(yuǎn)的信號、傳輸速度高的信號等，要選擇帶屏蔽的多芯電纜或者選擇雙絞線電纜。另外，在電纜布線過程中，必須主動減輕電纜在輻射電磁方面的干擾。變頻裝置的線纜不能與PLC控制網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的線纜鋪設(shè)在一起，可以按照電線的用途對其進(jìn)行劃分并加以鋪設(shè)。其他線纜的距離與PLC控制網(wǎng)絡(luò)信息的電源線距離至少有200 mm。

1.3 I/O信號抗干擾設(shè)計

I/O信號線在接口處的抗干擾設(shè)計。就I/O信號線來說，當(dāng)有信息經(jīng)過信號源通過一些晶體類開關(guān)時，這些開關(guān)可以作為一種電阻來減少網(wǎng)絡(luò)信息的輸出電流和外部負(fù)載電流，從而實(shí)現(xiàn)一種更能抑制電流的機(jī)制達(dá)到阻隔效果，起到抗干擾作用。

1.4 接地線抗干擾設(shè)計

改進(jìn)接地線的設(shè)計也是一種重要的抗干擾措施。工業(yè)現(xiàn)場常用的接地方式通常有三種：直接接地方式、浮地方式和電容接地方式。對于PLC控制器，應(yīng)采用直接接地方式，將布置式PLC網(wǎng)絡(luò)控制器接地的各個點(diǎn)以單獨(dú)的接地線從柜體中心接地點(diǎn)引導(dǎo)至接地極，保證電位一致[3]。如果橫截面較大，需要采用另一種方式，避免連接更多的點(diǎn)。屏蔽層也需要加強(qiáng)信號源的連接，實(shí)現(xiàn)信號相接觸，產(chǎn)生信息技術(shù)抗干擾相配合的狀態(tài)。

1.5 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號抗干擾

網(wǎng)絡(luò)信息干擾源十分復(fù)雜，僅靠回避措施屏蔽干擾是不夠的，可利用適當(dāng)軟件編程進(jìn)行抗干擾處理。通常使用的措施是數(shù)字濾波、信息冗余技術(shù)或者“看門狗”輔助軟件等。PLC網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的軟件抗干擾方式能降低信號的信噪比，本文采用軟件濾波方式實(shí)現(xiàn)。首先，進(jìn)行多次信息采樣并進(jìn)行聚集歸類，然后儲存在不同的寄存器中，通過模擬干擾計算得到干擾類別和干擾預(yù)值，判斷信息的傳輸過程。在一定運(yùn)行環(huán)境的影響下，網(wǎng)絡(luò)電子信號的振動頻率過于高或者過于低都會產(chǎn)生相應(yīng)的躍遷現(xiàn)象，一定程度上會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息干擾。PLC網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)針對這一現(xiàn)象進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以電子信息自身的數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)執(zhí)行命令，對應(yīng)結(jié)果必須保證相應(yīng)的執(zhí)行命令被延續(xù)，保證多次的有效命令才能完成信息有序傳輸。如果接收信號不穩(wěn)定，選擇自動停止傳輸甚至?xí)M(jìn)行自主警報，方便數(shù)據(jù)修復(fù)，很大程度上提高了數(shù)據(jù)的真實(shí)穩(wěn)定性，避免了信息干擾。

軟件編程可以監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)信息，使PLC控制網(wǎng)絡(luò)信息抗干擾技術(shù)的抗干擾能力不斷提高。電磁干擾是網(wǎng)絡(luò)信息干擾的重要來源，產(chǎn)生的干擾源強(qiáng)烈，導(dǎo)致電磁場復(fù)雜。抗干擾操作需采取編碼程序來管理，若出現(xiàn)干擾應(yīng)采用緊急實(shí)施措施，防止運(yùn)行的局域網(wǎng)絡(luò)癱瘓和信息流失。

2 PLC控制網(wǎng)絡(luò)信號抗干擾技術(shù)的應(yīng)用

2.1 共模網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用

共?？垢蓴_技術(shù)的短波網(wǎng)絡(luò)類型以共模干擾為主，通過防護(hù)共模干擾技術(shù)，合理控制兩種共模的抗干擾性能[4-5]。分析常見的電磁干擾形態(tài)，明確干擾形成特點(diǎn)，理解頻率與干擾強(qiáng)度的關(guān)系。當(dāng)測定的信號被干擾，需要測量產(chǎn)生干擾的對應(yīng)頻率，找出其與被測信號的關(guān)系，針對關(guān)系判斷信號需過濾或抑制。如果測量的干擾信號頻率和本來設(shè)定的信號頻率相差不大，需要實(shí)際濾波器分析該干擾信號。干擾環(huán)境中，電磁信號如何最大程度放大或抑制信號。對于信號的放大需要數(shù)模的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)對信號的屏蔽或隔離，確保達(dá)到比較合理的測量結(jié)果?？梢哉f，短波信號發(fā)射機(jī)的周圍常態(tài)干擾，是依照短波信號的實(shí)際輸出情況，按照有效的優(yōu)質(zhì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定的[6]。PLC控制網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的抗干擾措施，一定程度上促進(jìn)了信息的無障礙性傳播。

2.2 信息輸入輸出抗干擾技術(shù)應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)干擾的信息是通常所說的在技術(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中使用多種信號，按照一定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行不同種形式的輸入/輸出。這種輸入、輸出的模式通常根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)信息需求來發(fā)展，需要不斷提高自動化網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)水平。根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，以一定標(biāo)準(zhǔn)分析信息干擾源，不僅要明確實(shí)際信號的干擾來源，還需要分析它們相互干擾的過程。需要明確，電磁場耦合過程中與實(shí)際電磁場之間可能存在的干擾問題。通過耦合干擾情況，明確干擾分析標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)際情況采取應(yīng)對措施，同時確定處理相應(yīng)問題的方案，明確實(shí)際不同軸線間的連接方式。根據(jù)實(shí)際干擾情況，分析可能存在的問題，按照相關(guān)問題提出相應(yīng)解決方案，按照合理有效的結(jié)論確定相應(yīng)的干擾問題。

3 結(jié) 論

網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的快速發(fā)展，使得整個信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的發(fā)展不斷加快，整體呈現(xiàn)一種上升趨勢，所以對整個電磁信號的處理有著更高要求。在處理過程的設(shè)置上，需要確保相關(guān)數(shù)據(jù)的完善和短波信號的接收效果。文章根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗，對PLC控制可能發(fā)生干擾的原因進(jìn)行具體分析，從電源優(yōu)化設(shè)計、電纜的選型及布置、I/O接口、接地方式等硬件及軟件編程方面，對PLC控制的抗干擾措施進(jìn)行詳細(xì)論述。PLC網(wǎng)絡(luò)信息控制技術(shù)的抗干擾能力需要不斷提高，為網(wǎng)絡(luò)信息抗干擾技術(shù)的發(fā)展提供有力的支撐，但是實(shí)際情況往往復(fù)雜。PLC網(wǎng)絡(luò)信息的抗干擾技術(shù)應(yīng)該被合理取舍，使用多種方法共同發(fā)揮作用才能達(dá)到最佳效果。