PLC控制系統(tǒng)干擾及抗干擾措施

孟靜

[摘 ? ?要 ]目前，PLC系統(tǒng)作為工業(yè)領(lǐng)域中主流的電氣設(shè)備，在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中發(fā)揮出不可替代的效用，并且也推動(dòng)了工業(yè)生產(chǎn)的快速前行，一定程度上為國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)，也帶動(dòng)著社會(huì)生產(chǎn)水平的提升，受到各個(gè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。但從實(shí)際來(lái)看，PLC系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中常常會(huì)出現(xiàn)異常，導(dǎo)致效率和可靠性無(wú)法滿足預(yù)期要求，增加電力生產(chǎn)的成本投入。針對(duì)這一問(wèn)題，本文結(jié)合PLC系統(tǒng)的主要特點(diǎn)進(jìn)行分析，主要論述PLC運(yùn)行過(guò)程中的抗干擾技術(shù)，期望為PLC系統(tǒng)的發(fā)展提供建設(shè)性意見(jiàn)。

[關(guān)鍵詞]PLC;控制系統(tǒng);干擾類(lèi)型;抗干擾措施

[中圖分類(lèi)號(hào)]TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）07–00–03

[Abstract]As the mainstream electrical equipment in the current industrial field， PLC system exerts an irreplaceable effect in the actual construction process， and also promotes the rapid advancement of industrial production， laying a good foundation for domestic economic development to a certain extent， and also driving With the improvement of social production level， it has received extensive attention in various fields. However， from a practical point of view， abnormalities often occur during the operation of the PLC system， which causes the efficiency and reliability to fail to meet the expected requirements， and increases the cost of power production. In view of this problem， the main characteristics of the PLC system are combined to analyze， mainly discuss the anti-interference technology in the PLC operation process， and hope to provide constructive suggestions for the development of the PLC system.

[Keywords]PLC; control system; interference type; anti-interference measures

PLC系統(tǒng)逐步在電力生產(chǎn)和工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮出自身作用，不單單提升自動(dòng)化性能，還進(jìn)一步擴(kuò)展了生產(chǎn)模式，確保效率和質(zhì)量達(dá)到要求，也受到工業(yè)領(lǐng)域的一致好評(píng)。但從實(shí)際運(yùn)行來(lái)說(shuō)，不難發(fā)現(xiàn)PLC系統(tǒng)會(huì)受到諸多外界干擾，一旦無(wú)法有效解決和優(yōu)化，就會(huì)引起系統(tǒng)異常，甚至出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰等問(wèn)題，增加了PLC系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。因此，改進(jìn)PLC系統(tǒng)的抗干擾性能就顯得十分關(guān)鍵。本文就從PLC系統(tǒng)的特點(diǎn)著手分析，重點(diǎn)論述影響運(yùn)行的干擾模式，針對(duì)不同干擾提出相應(yīng)的解決方案。

1 PLC控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單概述

1.1 概念

PLC系統(tǒng)也就是常說(shuō)的可編程控制器，一般來(lái)說(shuō)核心結(jié)構(gòu)為可編程的存儲(chǔ)設(shè)備，主要應(yīng)用在程序控制、邏輯運(yùn)算、時(shí)鐘計(jì)數(shù)等方面，通過(guò)用戶發(fā)出的控制指令，經(jīng)由精確的模數(shù)轉(zhuǎn)換后對(duì)機(jī)械裝置進(jìn)行操作控制。

1.2 作用

（1）PLC系統(tǒng)的逐步應(yīng)用優(yōu)化了原有繼電體系中大規(guī)模使用繼電設(shè)備的情況，減輕設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)和裝設(shè)任務(wù)量。

（2）PLC系統(tǒng)以及外接模塊出現(xiàn)運(yùn)行異常后，能夠依照PLC搭載的二極管組件和編程器報(bào)告快速準(zhǔn)確的判定問(wèn)題原因，通過(guò)模塊調(diào)整的方式解決異常。

（3）PLC系統(tǒng)能夠有效抵御外部干擾，可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行在無(wú)故障狀態(tài)，常常被應(yīng)用于干擾強(qiáng)烈的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中。

2 PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

PLC系統(tǒng)功能類(lèi)型多樣，外擴(kuò)組件完善，能夠適應(yīng)不同生產(chǎn)環(huán)境，穩(wěn)定度高且功耗較低，具體優(yōu)勢(shì)如下：

（1）功能類(lèi)型多樣，即使一臺(tái)小型PLC設(shè)備也可以集成數(shù)千個(gè)可編程模塊，功能多樣，能夠滿足不同控制需求。

（2）外擴(kuò)組件完善，能夠適應(yīng)不同生產(chǎn)環(huán)境：目前PLC設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，也為用戶提供多樣化的外擴(kuò)模塊。系統(tǒng)自身負(fù)載性能較強(qiáng)，能夠直接驅(qū)動(dòng)組件運(yùn)行。

（3）穩(wěn)定度高：PLC系統(tǒng)內(nèi)配備有良好的抗干擾模塊，能夠運(yùn)行在惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境之中。

（4）系統(tǒng)集成度高，功耗較低：由于PLC系統(tǒng)線路連接簡(jiǎn)便，因此可以減少附件使用，降低成本投入。

3 PLC控制系統(tǒng)的干擾類(lèi)型

3.1 系統(tǒng)內(nèi)部導(dǎo)致的干擾

因?yàn)樽陨泶钶d組件不兼容或存在技術(shù)缺陷，致使PLC系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行異常，實(shí)際控制中會(huì)由于各項(xiàng)因素引起強(qiáng)烈的電磁輻射，一旦輻射超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)范圍就會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作。

3.2 電源及外接線導(dǎo)致的干擾

系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)的電磁輻射以及模塊不兼容等問(wèn)題，均是引起異常的干擾源，致使性能無(wú)法滿足要求。

3.3 空間輻射導(dǎo)致的干擾

PLC系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行需要嚴(yán)格的外部條件，一旦無(wú)法滿足要求就會(huì)出現(xiàn)異常問(wèn)題，甚至引發(fā)系統(tǒng)崩潰。

4 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施

4.1 提高PLC控制系統(tǒng)的硬件抗干擾能力

（1）良好的抵抗干擾能力是產(chǎn)品最重要的一點(diǎn)，這就要求產(chǎn)品具備良好的電磁兼容性，但核心還是抵抗外部干擾的性能。

（2）期望共模干擾控制在合理范圍內(nèi)，要求PLC系統(tǒng)獲取到信號(hào)以前保證信號(hào)和地面的聯(lián)通。

（3）降低差模干擾影響，在信號(hào)傳輸過(guò)程中增設(shè)濾波裝置，但該方案需要依照差異化的生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行調(diào)整。

（4）從國(guó)內(nèi)發(fā)展來(lái)看，不管是電網(wǎng)阻值過(guò)高還是地電位波動(dòng)較大，均導(dǎo)致工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)環(huán)境中存在嚴(yán)重的電磁干擾，這就給系統(tǒng)帶來(lái)較大的挑戰(zhàn)，可以說(shuō)國(guó)外能夠穩(wěn)定工作的PLC系統(tǒng)引入國(guó)內(nèi)后均可能出現(xiàn)異常問(wèn)題，所以需要結(jié)合國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選用進(jìn)口裝置。

4.2 提高PLC控制系統(tǒng)的軟件抗干擾能力

（1）利用“看門(mén)狗”方法。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工況應(yīng)當(dāng)融入到初期程序設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可以利用看門(mén)狗技術(shù)測(cè)定系統(tǒng)穩(wěn)定性，例如說(shuō)，當(dāng)PLC操作組件時(shí)，將程序視為定時(shí)裝置，結(jié)合具體情況確定開(kāi)關(guān)動(dòng)作，可以有效測(cè)定組件的工作狀態(tài)。在設(shè)定定時(shí)器參數(shù)時(shí)，需要參考組件的可能性確定周期，一旦組件跳轉(zhuǎn)到工作狀態(tài)，就要同時(shí)開(kāi)啟看門(mén)狗，若組件達(dá)到預(yù)先設(shè)定區(qū)間且“看門(mén)狗”順利完成指令并將定時(shí)器復(fù)位，就證明監(jiān)控系統(tǒng)正常。

（2）當(dāng)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行在不穩(wěn)定環(huán)境之中，系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)模塊可能會(huì)由于震蕩出現(xiàn)誤操作。一般來(lái)講，震蕩出現(xiàn)的周期較短，對(duì)此可以建立起相應(yīng)的延時(shí)方案，待震蕩消除后發(fā)送信號(hào)。

（3）采用軟件進(jìn)行數(shù)字濾波的模式可以顯著優(yōu)化信噪比，相較于抗干擾不穩(wěn)定的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，普遍選用程序控制的方式，基于具體需求進(jìn)行樣本提取，計(jì)算平均參數(shù)。整個(gè)過(guò)程中一旦樣本超過(guò)前期幅值就要舍去，此后基于其他參數(shù)來(lái)計(jì)算當(dāng)前數(shù)據(jù)。

4.3 提高PLC控制系統(tǒng)的接地抗干擾能力

（1）加強(qiáng)系統(tǒng)的接地質(zhì)量，該優(yōu)化能夠顯著提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，也可以消除電磁干擾，是目前PLC系統(tǒng)中主流的優(yōu)化措施。

（2）將各個(gè)設(shè)備的信號(hào)交換頻率控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，確保信號(hào)線路和輸入設(shè)備間的獨(dú)立性。

（3）一旦選用集中模式的控制系統(tǒng)，就需要采用并聯(lián)一點(diǎn)的接地方案，如果設(shè)備間距超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，要重新調(diào)整為串聯(lián)模式。

（4）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，接地阻止要低于2Ω，且同建筑物的間距至少15m。

4.4 提高PLC控制系統(tǒng)的電源抗干擾能力

（1）PLC系統(tǒng)中通常選用隔離電源作為功能模塊，但由于隔離電源自身特點(diǎn)以及技術(shù)落后，實(shí)際效果難以滿足預(yù)期?；诖?，進(jìn)行PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要更改為隔離變壓器供能，在各個(gè)繞組間增設(shè)屏蔽層，保證接地穩(wěn)定，由此能夠有效抵抗外部干擾。

（2）采用濾波設(shè)備降低干擾，濾波裝置自身抗干擾性能突出，此外，還能夠作為中轉(zhuǎn)站交互干擾信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于干擾較大的環(huán)境，會(huì)采用隔離變壓器和濾波設(shè)備組合的設(shè)計(jì)模式，在選型時(shí)還要依照對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

（3）對(duì)于變送器和其他外接電氣組件的供能，要控制好電容值，選擇隔離效果達(dá)標(biāo)的設(shè)備，消除信號(hào)干擾。

（4）針對(duì)部分重要等級(jí)較高的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，需要確保電網(wǎng)運(yùn)行的連續(xù)性，因此要利用好不間斷電源保證持續(xù)供能。

4.5 提高PLC控制系統(tǒng)的輻射抗干擾能力

（1）對(duì)于PLC系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，可以利用電路感應(yīng)消除干擾。

（2）提高系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，以此來(lái)提升抗干擾能力。這是由于輻射大小同生產(chǎn)環(huán)境密切相關(guān)，對(duì)應(yīng)的電磁場(chǎng)也不盡相同。

因此，可以選用屏蔽線路來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，尤其是在雷電影響較大的現(xiàn)場(chǎng)。

縱觀當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，不難發(fā)現(xiàn)PLC系統(tǒng)的地位不斷提升，所以系統(tǒng)的穩(wěn)定性也成為了主要的研究方向。因?yàn)橄到y(tǒng)常常設(shè)置在強(qiáng)電系統(tǒng)周邊，電磁干擾較為嚴(yán)重，所以怎樣消除干擾影響已然是擺在PLC系統(tǒng)面前不可忽視的難題，這也成為可靠性是否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵所在。

（3）當(dāng)干擾源經(jīng)由不同途徑作用到PLC系統(tǒng)之上，就會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，實(shí)際中的干擾類(lèi)型較多，可以分成內(nèi)部和外部?jī)蓚€(gè)方面。內(nèi)部干擾大多是系統(tǒng)自身組件存在噪聲以及擺放不合理造成的，通過(guò)下述方式可以消除：

①為供能模塊加設(shè)隔離變壓裝置或直接采用UPS提供電能;

②盡可能采用抗干擾能力較強(qiáng)的組件，減少相互影響;

③確保線路連接的標(biāo)準(zhǔn)。PLC系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到嚴(yán)重的外界干擾，通常有以下兩個(gè)方面：靜態(tài)電磁輻射和電氣干擾。

其中電磁輻射是由于生產(chǎn)環(huán)境中的電磁場(chǎng)出現(xiàn)靜電感應(yīng)現(xiàn)象，本質(zhì)上是因?yàn)榉植嫉碾姶艌?chǎng)同環(huán)境中的導(dǎo)體相互作用后帶動(dòng)電荷移動(dòng)，主要干擾源為靜電場(chǎng)和雷達(dá)等輻射較大的設(shè)備。通?？梢岳酶綦x變壓裝置和屏蔽線路進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

（4）電氣干擾是由線路連接所引起的，不管是電源線路還是信號(hào)線路均會(huì)引起PLC系統(tǒng)出現(xiàn)傳導(dǎo)干擾。

①?gòu)膶?shí)際運(yùn)行來(lái)說(shuō)，PLC系統(tǒng)中的監(jiān)控模塊和輸出對(duì)象均散布在生產(chǎn)環(huán)境的不同區(qū)域，各個(gè)信號(hào)都需要經(jīng)由線路傳送到系統(tǒng)的控制部分，如果交互通道所處的環(huán)境中電氣設(shè)備頻繁啟停，線路間就會(huì)出現(xiàn)輻射，進(jìn)而影響系統(tǒng)運(yùn)行。一般來(lái)說(shuō)，該類(lèi)干擾大多存在于兩個(gè)輸入模塊以上的系統(tǒng)之中。

②PLC系統(tǒng)配備有不同的接地位置，且相互之間存在電位差值，一旦遭遇雷擊等情況，地環(huán)電流會(huì)迅速增大。

5 傳導(dǎo)干擾的抑制技術(shù)

傳導(dǎo)干擾作為生產(chǎn)環(huán)境中最核心且影響最大的干擾模式，需要有效控制，這就要求從初期設(shè)計(jì)、裝設(shè)調(diào)試以及運(yùn)行維護(hù)等環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，或是切斷傳播路徑來(lái)降低干擾，通常會(huì)從線路鋪設(shè)方案和電纜選型兩個(gè)方面著手分析。

5.1 正確選擇和敷設(shè)電纜

5.1.1 電纜選擇

設(shè)計(jì)PLC系統(tǒng)的線路方案時(shí)，期望控制好磁場(chǎng)干擾，一般會(huì)利用屏蔽線和雙絞線進(jìn)行優(yōu)化，并采用特殊光纜降低傳導(dǎo)影響。

5.1.2 PLC柜內(nèi)外的電纜敷設(shè)

實(shí)際鋪設(shè)電纜線路的過(guò)程中，需要考慮相互之間的影響，合理布置線路才可以滿足預(yù)期目標(biāo)，特別是對(duì)于變頻設(shè)備來(lái)說(shuō)，由于輻射影響較為明顯，要將連接的電纜線路分類(lèi)鋪設(shè)在不同位置，并控制好間距大小。如果必須將信號(hào)線路和動(dòng)力電纜鋪設(shè)在相同位置時(shí)，就需要借助金屬板進(jìn)行隔離，防止影響擴(kuò)大。

5.2 工業(yè)控制系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)接地措施的意義

5.2.1 提高安全性

5.2.2 降低干擾影響

實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，常常將保護(hù)線路和屏蔽線路放置在同一柜內(nèi)，并經(jīng)由接地電纜和系統(tǒng)控制地聯(lián)通。

①控制地（0V）可浮空

設(shè)計(jì)的PLC系統(tǒng)中通常大多選用浮空接地模式，也就是0V不接地設(shè)計(jì)，主要優(yōu)勢(shì)在于防止由電焊設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生的電流造成干擾，保證組塊的穩(wěn)定運(yùn)行。但不足之處在于0V信號(hào)會(huì)出現(xiàn)明顯的電位差，影響正常工作。

②控制地（0V）與PE地共用

部分PLC系統(tǒng)選用控制地和PE地共存的模式，該方案無(wú)需配置0V接地，成本投入較少，其0V信號(hào)能夠輸送到PE箱內(nèi)，防止出現(xiàn)感應(yīng)干擾。但該模式難以消除實(shí)際環(huán)境中原有的電流干擾，甚至?xí)霈F(xiàn)PLC系統(tǒng)損壞的問(wèn)題，一旦浪涌電流控制不當(dāng)就會(huì)燒壞組塊。

③控制地（0V）與PE地分別接地

將控制地和PE進(jìn)行分離的設(shè)計(jì)模式主要是在PLC系統(tǒng)中加設(shè)獨(dú)立的接地線路，同工廠直接交互。

該模式不僅可以消除生產(chǎn)環(huán)境中的電流影響，還能完成0V信號(hào)的等電位聯(lián)通，其抗干擾能力較強(qiáng)，但由于組件較多，難以控制成本投入。

④不同信號(hào)線路的屏蔽電纜均需要有效連接在PE接地端，結(jié)合具體情況，為電氣控制系統(tǒng)和生產(chǎn)環(huán)境配備接地端子柜，依照預(yù)期的線路設(shè)計(jì)方案，在接地箱內(nèi)進(jìn)行整合。

從實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境來(lái)看，導(dǎo)致PLC無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行的干擾類(lèi)型較多，同時(shí)抵抗干擾的方式也不盡相同。本文主要針對(duì)目前系統(tǒng)中主要的線路干擾，即傳導(dǎo)干擾展開(kāi)論述，綜合長(zhǎng)期積累的工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)線路設(shè)計(jì)和接地方案進(jìn)行改進(jìn)，為PLC系統(tǒng)的抗干擾優(yōu)化提出寶貴意見(jiàn)，顯著提升了PLC系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的穩(wěn)定度。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步是以經(jīng)濟(jì)為基礎(chǔ)，同時(shí)經(jīng)濟(jì)水平的提升也要依賴于科學(xué)技術(shù)的前行，所以各個(gè)領(lǐng)域都要以科技能力提升和經(jīng)濟(jì)發(fā)展為目標(biāo)。電氣領(lǐng)域首當(dāng)其沖，由于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)選用諸多先進(jìn)技術(shù)和電力裝置，而PLC系統(tǒng)就是其中不可缺少的一部分。但從實(shí)際運(yùn)行情況中不難發(fā)現(xiàn)，PLC系統(tǒng)因?yàn)樽陨斫M件不兼容以及外部干擾嚴(yán)重，導(dǎo)致運(yùn)行常常出現(xiàn)異常情況，所以要針對(duì)PLC系統(tǒng)的干擾進(jìn)行深入研究，做好抗干擾措施，為工業(yè)生產(chǎn)奠定良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 薛鴻福，王天超，劉光娜，等.PLC控制系統(tǒng)在動(dòng)車(chē)組應(yīng)用中的抗干擾措施[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2020，17（17）：83-84.

[2] 溫晉勇.淺談PLC控制系統(tǒng)的可靠性措施[J].科技資訊，2020，18（2）：77-78.

[3] 謝智華.淺談生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備控制系統(tǒng)（PLC）通訊抗干擾措施[J].化工管理，2020（1）：189-190.

[4] 邱志順.PLC抗干擾技術(shù)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].集成電路應(yīng)用，2020，37（1）：88-89.

[5] 何長(zhǎng)林.選煤廠集控通信PLC遠(yuǎn)程I/O抗干擾故障處理的分析[J].機(jī)電信息，2019（3）：69，71.

[6] 梁健峰，周廣宏，于多，等.PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用中干擾問(wèn)題的研究[J].集成電路應(yīng)用，2018，35（12）：27-29.

[7] 趙起超.淺談PLC控制系統(tǒng)在石油化工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的抗干擾措施[J].化工管理，2018（10）：173.

[8] 宋文豪.PLC控制系統(tǒng)干擾及抗干擾措施研究[J].中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018（2）：109.

[9] 張厚友.PLC控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和抗干擾措施研究[J].儀器儀表用戶，2018，25（2）：5-6，105.

[10] 李定華.PLC控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及抗干擾措施研究[J].黑龍江科技信息，2016（14）：75.