基于PLC控制系統(tǒng)干擾及抗干擾措施分析

李志雄

（河鋼集團(tuán)礦業(yè)公司司家營(yíng)研山鐵礦，河北 唐山 063700）

隨著現(xiàn)代社會(huì)科技的不斷進(jìn)步，工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC編程邏輯控制系統(tǒng)也在科技發(fā)展中得到了完善，逐漸在工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)建設(shè)中，占據(jù)重要的應(yīng)用地位，為工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展帶來(lái)效益的同時(shí)，PLC系統(tǒng)還存在一些需要進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)的地方。對(duì)各種運(yùn)行條件產(chǎn)生的干擾因素進(jìn)行分析，制定出能夠針對(duì)性解決干擾源的有效措施，對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，能夠有效降低周邊干擾問(wèn)題造成的影響，讓PLC系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定、高效，保證PLC系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)階段我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)得到了快速發(fā)展，致使PLC控制系統(tǒng)對(duì)于工業(yè)領(lǐng)域的控制產(chǎn)生了質(zhì)的轉(zhuǎn)變。但是根據(jù)目前PLC控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，產(chǎn)生的問(wèn)題和不足進(jìn)行綜合分析，其工作環(huán)境仍然存在著漏洞，造成大量的外部干擾源頭出現(xiàn)。

1 PLC控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1.1 反應(yīng)速度快

PLC控制技術(shù)屬于一項(xiàng)新型技術(shù)，雖然尚在起步階段，但是已經(jīng)充分地發(fā)揮了其優(yōu)勢(shì)，PLC控制系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是晶體管和繼電器，結(jié)合傳統(tǒng)技術(shù)將內(nèi)部的部分連接導(dǎo)線去除，使其變得更加便捷。與傳統(tǒng)繼電器相比，PLC技術(shù)能夠更加迅速地對(duì)實(shí)施運(yùn)行指令，同時(shí)迅速完成需要處理的信息并進(jìn)行整合，以此提升工作效率。

1.2 安全性及可靠性強(qiáng)

高可靠性是工業(yè)設(shè)備安全有效運(yùn)行的必要因素，它對(duì)于設(shè)備整體的使用壽命以及工廠的生產(chǎn)效率具有重要影響。由于PLC內(nèi)部采用了大規(guī)模的集成電路，并且電路加工過(guò)程中采用了嚴(yán)格工藝，使得其抗干擾能力大大提高，具有很高的可靠性與安全性。與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)解決了線路接觸不良的問(wèn)題，整體的設(shè)計(jì)中保持了簡(jiǎn)單可靠的設(shè)計(jì)方式，通過(guò)較少的輸入與輸出來(lái)滿足工業(yè)控制需求，這種方式大大提高了其可靠性。

1.3 具有較高的性價(jià)比

首先，PLC體積較小，占用的場(chǎng)地面積較小，因此，所投入的輔助配套設(shè)施較少。此外，PLC具有較好的可靠性與抗干擾能力，因此，能夠降低企業(yè)停工以及維修所帶來(lái)的損失，并且PLC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，后期維護(hù)等簡(jiǎn)單方，便降低了維護(hù)成本。此外，其功能強(qiáng)大，適配性強(qiáng)，對(duì)于不再使用的PLC控制系統(tǒng)可以移植到其他設(shè)備上，復(fù)用性較強(qiáng)，能夠帶來(lái)附加價(jià)值。

1.4 抗干擾能力強(qiáng)

因PLC技術(shù)具備大規(guī)模的集成電路，抗干擾性和可靠性也非常強(qiáng)。同時(shí)，PLC技術(shù)也具備了嚴(yán)格的生產(chǎn)與制造工藝，能夠幫助企業(yè)生產(chǎn)出質(zhì)量更好的產(chǎn)品。由于其內(nèi)部電路中配備的抗干擾技術(shù)非常強(qiáng)大，因此，PLC控制技術(shù)也能夠有效地減弱外部信息的干擾。最重要的是，PLC控制技術(shù)還可以自動(dòng)對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行診斷，當(dāng)檢測(cè)出設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，就會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，工作人員就能夠及時(shí)進(jìn)行處理。

2 PLC控制系統(tǒng)干擾源

2.1 PLC控制系統(tǒng)空間電子輻射

PLC控制系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，其系統(tǒng)空間的電子輻射主要來(lái)自高強(qiáng)電力線路結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)電力開關(guān)管理儀器、變壓設(shè)備、電流整合區(qū)域、電流轉(zhuǎn)化區(qū)域、電路變頻設(shè)備以及外部雷電因素等，這些都可以產(chǎn)生空間電力磁場(chǎng)和輻射。其中空間電子輻射的外部影響因素主要從兩個(gè)方面集中表現(xiàn)。

第一，在PLC控制系統(tǒng)中，電子輻射是由內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的干擾因素，主要由電路在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的感應(yīng)效果。第二，PLC控制系統(tǒng)的空間電子輻射所產(chǎn)生的線路信號(hào)以及信息通信網(wǎng)絡(luò)的干擾，主要由整體系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊線路的實(shí)際電路感應(yīng)產(chǎn)生，因而產(chǎn)生的干擾程度與線路鋪設(shè)、設(shè)備安裝位置以及系統(tǒng)控制運(yùn)行過(guò)程中的電信號(hào)強(qiáng)度有著密切的聯(lián)系。

2.2 PLC控制系統(tǒng)電源

在PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，由于輸入電源是外部電力傳輸至PLC控制系統(tǒng)的主要部分，PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受外部各個(gè)方面的空間電力磁場(chǎng)的干擾，在電源線路結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生額外的電流壓力以外，其受到影響較大的因素則是PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中電力網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的設(shè)備以及其實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的變化。比如：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的大型設(shè)備啟動(dòng)以及停止、設(shè)備開關(guān)操作過(guò)程中的轉(zhuǎn)變、交流以及直流電力傳送動(dòng)力裝置結(jié)構(gòu)中的變壓區(qū)域、整流區(qū)域、逆變區(qū)域以及IGBT區(qū)域等電力的半導(dǎo)體設(shè)備結(jié)構(gòu)零件所引起的電流諧波等相關(guān)因素，而以上因素都需要通過(guò)電力傳輸結(jié)構(gòu)傳送到PLC控制系統(tǒng)的空間電源接入端口，進(jìn)而對(duì)PLC控制系統(tǒng)的信號(hào)進(jìn)行干擾。

2.3 信號(hào)干擾

PLC控制系統(tǒng)控制柜里不僅有各種線路，在外部還要與各種設(shè)備相連，這些相連的信號(hào)線，都能夠傳輸信息，但是不一定都是有用的，一定會(huì)有外部信號(hào)的侵入，這是沒(méi)有辦法可以避免的，對(duì)于這樣的情況，常見的是用共用信號(hào)儀表的電源干擾電網(wǎng)，或者是電磁輻射對(duì)它的干擾，引入這些干擾就可能會(huì)使I/0信號(hào)工作異常，也會(huì)造成測(cè)量精度的下降，更甚者會(huì)損傷元器件，這也是不可逆的后果。

2.4 接地系統(tǒng)干擾

在PLC控制系統(tǒng)中，因?yàn)榻拥攸c(diǎn)分布不是特別均勻，不同的接地點(diǎn)存在一定的地電位差，從而形成共模噪聲，從而引發(fā)地環(huán)路電流，對(duì)系統(tǒng)的有序運(yùn)行造成很大的影響。另外，大地、接地線以及屏蔽層都會(huì)產(chǎn)生閉合環(huán)路，因?yàn)榇艌?chǎng)在不斷地發(fā)生變化，屏蔽層內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過(guò)芯線以及屏蔽層的電磁感應(yīng)干擾信號(hào)回路。如果系統(tǒng)與其他接地處理混亂，接地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，從而會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 PLC技術(shù)抗干擾措施的應(yīng)用

3.1 硬件區(qū)域抗干擾措施

想要有效解決PLC控制系統(tǒng)的干擾源的相關(guān)問(wèn)題，就需要從硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行綜合分析，其中由于PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，硬件設(shè)備是保證系統(tǒng)運(yùn)作的基礎(chǔ)條件，所以其抗干擾措施的核心關(guān)鍵則是，主要應(yīng)針對(duì)PLC控制系統(tǒng)的硬件區(qū)域抗干擾能力進(jìn)行提高，從而對(duì)設(shè)備硬件使用質(zhì)量和運(yùn)用效率提出了更高的要求。在實(shí)際操作和硬件性能測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)該針對(duì)系統(tǒng)硬件的各個(gè)指標(biāo)以及系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和篩選，從而保證PLC控制系統(tǒng)硬件區(qū)域的整體性能，同時(shí)保證其系統(tǒng)硬件抗干擾標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)能夠達(dá)到基礎(chǔ)的生產(chǎn)要求。只有有效保證PLC控制系統(tǒng)硬件區(qū)域達(dá)到了抗干擾數(shù)據(jù)和信息標(biāo)準(zhǔn)后，才能從根本上保證PLC控制系統(tǒng)可以在穩(wěn)定環(huán)境和狀態(tài)下，最大限度提高系統(tǒng)基礎(chǔ)抗干擾能力。最終實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)在有信號(hào)以及電磁干擾環(huán)境下，仍然可以保證運(yùn)作數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)和高效的開展系統(tǒng)運(yùn)作。

3.2 軟件抗干擾措施

由于PLC控制系統(tǒng)在實(shí)際操作過(guò)程中，主要由微型的數(shù)據(jù)和信息計(jì)算機(jī)以及其他環(huán)節(jié)設(shè)備共同組成，所以此種微型計(jì)算機(jī)設(shè)備在運(yùn)作時(shí)，最大的優(yōu)勢(shì)和長(zhǎng)處則是依靠完整的軟件結(jié)構(gòu)，從而有效設(shè)計(jì)出工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展實(shí)際需求的PLC控制系統(tǒng)。因此，針對(duì)PLC控制系統(tǒng)的干擾源頭來(lái)說(shuō)，還可以通過(guò)軟件區(qū)域進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化和提升，技術(shù)人員利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，不斷針對(duì)信號(hào)的技術(shù)處理以及信息數(shù)據(jù)加密的流程進(jìn)行強(qiáng)化和完善，致使PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及安全性不斷加強(qiáng)，最終提升系統(tǒng)整體抵抗電流輻射和電磁干擾的總體實(shí)力。除此之外，技術(shù)人員還需要根據(jù)PLC控制系統(tǒng)實(shí)際使用方向，不斷優(yōu)化其系統(tǒng)內(nèi)部的零部件關(guān)系，利用軟件編程設(shè)計(jì)，盡可能降低系統(tǒng)運(yùn)行的事故發(fā)生概率。

3.3 選擇性能優(yōu)良、質(zhì)量合格的電源

為了能夠?qū)LC控制系統(tǒng)的抗干擾能力得到提升，在選擇設(shè)備電源的過(guò)程中，一定要選擇性能、質(zhì)量符合相關(guān)要求的電源產(chǎn)品。因此，一定要結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行要求進(jìn)行選擇。對(duì)于PLC控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，電源信號(hào)對(duì)于運(yùn)輸環(huán)境的要求相對(duì)較低，對(duì)電壓要求也不高的情況下，就能夠選擇單項(xiàng)工頻交流電源。一旦有著較高的要求，就要對(duì)電源的選擇予以重視。除此之外，在選擇了普通電源設(shè)備后，還要進(jìn)行相應(yīng)的處理，應(yīng)當(dāng)通過(guò)隔離變壓器來(lái)降低電源對(duì)信號(hào)的干擾，以此確保PLC系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4 外部配線設(shè)計(jì)

對(duì)于PLC控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，外部配線設(shè)計(jì)質(zhì)量是非常重要的，尤其是遠(yuǎn)程輸送信號(hào)，非常容易造成由于數(shù)據(jù)信息產(chǎn)生偏差而出現(xiàn)的系統(tǒng)失控情況。針對(duì)這種問(wèn)題，為了確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，一定要借助一端接地方式連接的雙股絞合線來(lái)消除周圍磁場(chǎng)的干擾。隨后通過(guò)在屏蔽線上疊加負(fù)載電流和地環(huán)電流，使出現(xiàn)的磁場(chǎng)干擾相互抵消。比如，在進(jìn)行I/O布線的過(guò)程中，為了使抗高頻干擾的效果得到進(jìn)一步提升，就應(yīng)當(dāng)對(duì)輸入、輸出信號(hào)線、直流、交流線、控制線、模擬量信號(hào)向、動(dòng)力線以及PLC電源線進(jìn)行分開布設(shè)，結(jié)合屏蔽電纜進(jìn)行傳輸信號(hào)的模擬，再加上雙股絞合線對(duì)PLC控制系統(tǒng)、I/O信號(hào)與變壓器的隔離，一旦信號(hào)的傳輸速度大于300m，就要借助中間繼電器轉(zhuǎn)換I/O傳輸通道的信號(hào)，在數(shù)字信號(hào)線的屏蔽層并聯(lián)電位均衡線，讓屏蔽層兩端接地，阻隔外界傳輸通道的干擾。

3.5 慎重選擇接地位置

對(duì)于PLC控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在選擇接地位置及接地方式的過(guò)程中，一定要充分考慮，需要結(jié)合PLC控制系統(tǒng)的實(shí)際要求來(lái)選擇。一旦PLC控制系統(tǒng)的接地地點(diǎn)相對(duì)集中，就要采取并聯(lián)一點(diǎn)的接地方法；反之，需要通過(guò)串聯(lián)一點(diǎn)的方法。另一方面，如果PLC控制系統(tǒng)的信號(hào)源狀態(tài)為接地，屏蔽層就一定要在信號(hào)側(cè)接地；反之，就需要在PLC測(cè)接地，這樣就能夠防止PLC控制系統(tǒng)受到接地系統(tǒng)的干擾，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)論

由此可見，PLC控制系統(tǒng)是現(xiàn)階段我國(guó)發(fā)展的重要技術(shù)手段，所以技術(shù)人員應(yīng)該針對(duì)其外部影響因素進(jìn)行詳細(xì)探索，從而尋找出有效的解決方法。