電力系統(tǒng)中的PLC抗電磁干擾技術(shù)研究

趙慧峰

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造學(xué)院，河南 三門峽 472000）

隨著智能化自動技術(shù)的逐漸應(yīng)用和發(fā)展，PLC控制系統(tǒng)也在不斷的進步，這對于電力系統(tǒng)的運行來說具有重大意義。PLC在電力系統(tǒng)的運行過程中，經(jīng)常會受到敏感設(shè)備以及電力路徑的電磁干擾，使其實際工作出現(xiàn)失誤，影響到電力系統(tǒng)的自動控制能力。所以，為了保證電力系統(tǒng)正常運行，對于PLC電磁干擾技術(shù)的研究非常重要。

1 PLC電磁干擾

1.1 PLC電磁干擾的簡單概述

PLC控制系統(tǒng)是電力系統(tǒng)運行過程中非常重要的工作設(shè)備之一，在其正常運行的過程中會受到電力系統(tǒng)、外部環(huán)境以及自身系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾，被統(tǒng)稱為PLC電磁干擾。電力系統(tǒng)運行非常復(fù)雜，所以產(chǎn)生PLC控制系統(tǒng)電磁干擾的問題也比較多、例如電力系統(tǒng)電壓比較大的電力設(shè)備在運行過程中會產(chǎn)生強大的磁場引起對PLC控制系統(tǒng)電磁的影響。電力系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)雷雨大風(fēng)天氣，強大的雷擊會帶有大量的電子從而造成PLC控制系統(tǒng)電磁干擾。引發(fā)電磁干擾的原因很多，歸根結(jié)底是PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)了電磁兼容性的問題。電力系統(tǒng)設(shè)備在運行的過程中，自身的電磁場能夠保證自身的設(shè)備運行不受到外界干擾且也不對外界產(chǎn)生干擾，換言之PLC控制系統(tǒng)電磁干擾問題的產(chǎn)生一方面是由于PLC控制系統(tǒng)運行的電磁環(huán)境超過了系統(tǒng)電磁限定值，另外一方面系統(tǒng)自身對于電磁抗干擾性能出現(xiàn)問題。所以，在對PLC控制系統(tǒng)系統(tǒng)電磁抗干擾技術(shù)進行研究時應(yīng)該從設(shè)計和運行兩方面入手。

1.2 PLC控制系統(tǒng)電磁干擾的主要來源

（1）空間電磁輻射的影響。電力系統(tǒng)在運行過程中會產(chǎn)生非常多的電磁輻射，而電力系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的空間電磁輻射也比較多，所以引起PLC控制系統(tǒng)電磁干擾的原因之一就是空間電磁輻射的影響。空間電磁輻射的影響既是PLC控制系統(tǒng)在運行過程中受到外部電磁輻射環(huán)境的影響，是上文中提到的電磁兼容性問題，所以PLC控制系統(tǒng)受到空間電磁輻射的影響程度，受到自身承受電磁能力以及外部環(huán)境兩方面的影響。

（2）PLC控制系統(tǒng)外接線的干擾。引發(fā)PLC控制系統(tǒng)電磁干擾的另一個原因就是由于PLC控制系統(tǒng)外接線干擾原因，而PLC控制系統(tǒng)外接線干擾主要來自于兩個方面。首先，是PLC控制系統(tǒng)電源干擾，在PLC控制系統(tǒng)運行過程中，自身的系統(tǒng)運行需要借助電力系統(tǒng)的電力進行正常工作，而系統(tǒng)本身在進行系統(tǒng)開啟和關(guān)閉的過程中，會產(chǎn)生一定數(shù)量的電磁諧波，電磁諧波在環(huán)境中形成了電磁干擾，而當(dāng)電源出現(xiàn)電磁干擾時也會對電力系統(tǒng)的運行造成影響，也可能產(chǎn)生PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部組件的損壞。第二，信號線導(dǎo)入干擾因素，現(xiàn)在正處于信息化時代，各種電信號都在空間中傳播，而在PLC控制系統(tǒng)運行的過程中，也要進行信號傳輸完成自身的工作，對電力系統(tǒng)進行控制。所以，在運行中PLC控制系統(tǒng)運行信號很容易受到外界空間信號的干擾，一方面導(dǎo)致電磁干擾的形成，另外一方面則會引起電力系統(tǒng)運行的效率降低，失去對電力系統(tǒng)控制的精準(zhǔn)程度。

1.3 PLC控制系統(tǒng)電磁干擾的種類

PLC控制系統(tǒng)電磁干擾原因多種多樣，干擾程度也并不相同，為了對PLC控制系統(tǒng)電磁干擾技術(shù)進行更好的研究，對于PLC控制系統(tǒng)電磁干擾的細(xì)致化研究非常重要[1]。首先，PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾主要來自于兩方面，一方面是來自于電力系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的空間輻射干擾。另外一方面則來自于PLC控制系統(tǒng)運行中信號線設(shè)備外部感應(yīng)過程中受到干擾。另外，在對PLC控制系統(tǒng)電磁干擾進行研究的過程中，可以根據(jù)電磁干擾的不同情況將PLC控制系統(tǒng)電磁干擾進行分類。①PLC控制系統(tǒng)在收到干擾的過程中會產(chǎn)生不同的噪音，而根據(jù)不同的噪音形成的原因可以將PLC控制系統(tǒng)電磁干擾進行區(qū)分。例如放電噪聲電磁干擾、高頻振噪聲電磁干擾等。②通過PLC控制系統(tǒng)電磁干擾產(chǎn)生的噪聲波形和性質(zhì)也可以進行分類，將電磁干擾分為持續(xù)性電磁干擾以及偶然性電磁干擾類型等。③在進行PLC控制系統(tǒng)電磁干擾研究的過程中，根據(jù)電磁干擾模式不同而進行區(qū)分最為常見，一般分為共模干擾以及差模干擾兩種。其中共模干擾指的是PLC控制系統(tǒng)運行過程中，信號源與大地之間產(chǎn)生了電位差異現(xiàn)象，而電位差異現(xiàn)象是由于電網(wǎng)運行傳入、大地電位差以及電網(wǎng)運行空間電磁輻射之間形成了相同方向的電壓增加現(xiàn)象。也就是說，在共模干擾下，電力系統(tǒng)運行電壓相對較高，一般會在130伏特以上，而電壓的增高也會導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)配件受到損害。而PLC控制系統(tǒng)的差模干擾主要是由于PLC控制系統(tǒng)信號兩端出現(xiàn)了相互干擾電壓，在差模電磁干擾的影響下，PLC控制系統(tǒng)的運行監(jiān)測以及控制電力系統(tǒng)運行的精度將會大大降低。

2 PLC控制系統(tǒng)的抗電磁干擾技術(shù)研究

2.1 PLC控制系統(tǒng)電源抗干擾設(shè)計

在PLC控制系統(tǒng)正常運行的過程中，電源啟停過程中產(chǎn)生諧波以及對電網(wǎng)運行產(chǎn)生的脈沖信號是電磁干擾的重要體現(xiàn)和影響，所以針對這樣的問題可以對PLC控制系統(tǒng)的電源進行合理的設(shè)計，使電源的抗電磁干擾性能得到提升[2]。電源是PLC控制系統(tǒng)的重要組成部分，提升電源抗電磁干擾能力就是對PLC控制系統(tǒng)電磁能力的提升。首先，在進行PLC控制系統(tǒng)電源選擇的過程中，要選擇的系統(tǒng)電源應(yīng)該更具有穩(wěn)定性和抗干擾能力。另外，還可以通過安裝抗干擾設(shè)備提升電源抗干擾能力，可以在系統(tǒng)電源安裝低通濾波裝置并同時安裝隔離變壓器，通過這兩個裝置的安裝，能夠?qū)LC控制系統(tǒng)的電源啟停過程中產(chǎn)生的諧波信號進行過濾，并且一定程度上也可以阻絕電力系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生空間輻射帶來的高頻干擾信號，這樣提升了PLC控制系統(tǒng)的抗電磁干擾能力。另外，PLC控制系統(tǒng)電源的電源線也應(yīng)該進行改良，采取雙絞線的方法，雙鉸線電源方法也可以對外界的干擾信號起到一定的防控作用。而針對電力系統(tǒng)供電對PLC控制系統(tǒng)電源產(chǎn)生的影響，也可以在PLC控制系統(tǒng)中采用在線式的UPS供電系統(tǒng)，通過具有高穩(wěn)定性，高抗干擾性的UPS供電系統(tǒng)的使用，很大程度上提高了電網(wǎng)用電的質(zhì)量。

2.2 PLC控制系統(tǒng)接地抗干擾能力的設(shè)計

在對PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾技術(shù)研究中，可以通過優(yōu)化PLC控制系統(tǒng)接地設(shè)計的方式進行，通過優(yōu)化系統(tǒng)接地方式設(shè)計，提升PLC控制系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性[3]。PLC控制系統(tǒng)電磁兼容性問題就是系統(tǒng)的電磁干擾問題，而電磁兼容問題與系統(tǒng)的接地設(shè)計也有聯(lián)系。所以，通過改良PLC控制系統(tǒng)的接地設(shè)計對于系統(tǒng)抗干擾提升有很大幫助，要改良PLC控制系統(tǒng)的接地設(shè)計可以從以下幾個方面入手；首先，選擇合適的PLC控制系統(tǒng)接地方式，根據(jù)不同的工作環(huán)境以及要求，PLC控制系統(tǒng)的接地方式可以分為電容式、直接接地以及浮地式接地三種方法，而PLC控制系統(tǒng)是直接作用于電力系統(tǒng)當(dāng)中，且產(chǎn)生的電磁干擾也都具有直接性，所以針對這一特點，在進行PLC控制系統(tǒng)接地的過程中應(yīng)該選擇直接式接地的方式進行接地。其次，在選擇直接式接地方法之后，在進行PLC控制系統(tǒng)接地裝置連接的過程中，還要使用并聯(lián)一點式接入方法，采用這樣的接地方式要求PLC控制系統(tǒng)中的各個接地裝置都要將接地極和接地線進行連接。最后，接地線的設(shè)計和選擇也是非常關(guān)鍵，PLC控制系統(tǒng)接地過程中的重要組成部分，而為了能夠降低PLC控制系統(tǒng)電路裝置之間的地電勢間差距，可以選擇粗線圈為核心接電線，而減少內(nèi)部裝置之間的地電勢間的差值就是能夠減少地環(huán)電流對PLC控制系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾。

2.3 PLC控制系統(tǒng)輸出和輸入的抗電磁干擾設(shè)計

輸出輸入不正常就是由于PLC控制系統(tǒng)的抗電磁能力不強引起的，針對這一點問題，對PLC控制系統(tǒng)的輸出輸入進行優(yōu)化設(shè)計，提升系統(tǒng)的抗干擾能力[4]。第一，將PLC控制系統(tǒng)中的進行信號輸出與輸入的器件形成并聯(lián)，其中包括壓敏電阻和浪涌吸收裝置，如果在進行壓敏電阻和浪涌吸收裝置在進行并聯(lián)的過程中出現(xiàn)感性符合過大，超出實際使用范圍的現(xiàn)象，要立刻使用繼電保護器。采用信號輸入與輸出并聯(lián)的方法，將會減少輸入與輸出負(fù)載過程中對模塊造成的影響。第二，對PLC控制系統(tǒng)進行輸出負(fù)載的優(yōu)化設(shè)計，一方面，在PLC控制系統(tǒng)的輸出入端口安裝阻容接受電路，也可以安裝壓敏電阻裝置，通過這些裝置的安裝完成對輸出和輸入口的電路保護設(shè)計。另外一方面可以采取抗干擾方法對PLC控制系統(tǒng)開關(guān)輸出與控制器裝置進行連接。第三，在PLC控制系統(tǒng)運行過程中會受到外界噪聲的干擾，而電磁干擾產(chǎn)生時也會出現(xiàn)一定的噪音，而采用光耦合器對PLC控制系統(tǒng)進行管理可以有效的減少電磁干擾。PLC控制系統(tǒng)輸入口的發(fā)光器件以及輸出口的受光器件就是光耦合器，采用光信息傳達的方式，能夠減少電力系統(tǒng)對輸出和輸入口產(chǎn)生的電磁干擾。

2.4 PLC控制系統(tǒng)濾波和軟件的干擾設(shè)計

共模干擾是PLC控制系統(tǒng)電磁干擾的常見模式，共模干擾是由于大地間和PLC控制系統(tǒng)之間形成電位差產(chǎn)生的，針對這一問題，可以在地間并聯(lián)接入電容和信號線等裝置，通過這樣的方式減少共模電磁干擾的電磁影響。并在信號兩極設(shè)置相應(yīng)的濾波器。另外，對PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計也可以提升系統(tǒng)的抗電磁能力，在PLC控制系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設(shè)計的過程中可以使用數(shù)字濾波技術(shù)，通過應(yīng)用數(shù)字濾波技術(shù)，實現(xiàn)了PLC控制系統(tǒng)模擬量信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，數(shù)字信號輸入到PLC控制系統(tǒng)內(nèi)，內(nèi)部軟件的數(shù)字濾波工序?qū)π盘栠M行濾波處理，將收到的數(shù)字信號過濾噪音，并一定程度上消除電磁干擾，提升整個系統(tǒng)的電磁抗干擾能力。

3 結(jié) 語

PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾能力的提升，促進了電力系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性。文章從優(yōu)化接地方式、交流電源、輸出和輸入口以及濾波軟件四個方面闡述了PLC控制系統(tǒng)的抗電磁干擾技術(shù)，希望能夠?qū)LC控制系統(tǒng)抗電磁干擾技術(shù)的應(yīng)用有所幫助。