單片機PLC控制系統(tǒng)抗干擾能力途徑探究

劉成芳

(山東華宇工學(xué)院，山東 德州 253034)

各種電子產(chǎn)品的相繼出現(xiàn)對單片機提出了更高的要求，因此需提升單片機處理效率和抗干擾效果。分析PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力非常有必要，因為PLC控制系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，其應(yīng)用也越來越廣。單片機利用PLC功能可以完成通信，清楚地在界面顯示工作狀態(tài)，也可以設(shè)置相應(yīng)的具體數(shù)據(jù)內(nèi)容。盡管PLC控制系統(tǒng)在單片機中應(yīng)用較廣，但也存在著一些問題，特別是受到了較多干擾因素的影響，對PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力產(chǎn)生了一定的影響，因此需提出合理有效的抗干擾對策，促進單片機的發(fā)展。

1 單片機PLC控制系統(tǒng)的干擾因素

單片機PLC控制系統(tǒng)受到的干擾較多，主要包括以下幾個方面：

1.1 電源波形的畸變干擾

多數(shù)電網(wǎng)設(shè)施中包括PLC控制系統(tǒng)，其主要應(yīng)用電力半導(dǎo)體零件，如GRT等，工作過程中容易出現(xiàn)噪聲等情況，這使得PLC控制系統(tǒng)會發(fā)生一定的變化，從而造成電源波形畸變，由電源線路直接對控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

1.2 電路耦合干擾

具體工作過程中，面對PLC接地點，如果出現(xiàn)選擇不恰當(dāng)或接地不清楚的情況，會導(dǎo)致回路出現(xiàn)耦合現(xiàn)象，引起電流干擾。

1.3 輸入元器件觸點的抖動干擾

工作中出現(xiàn)明顯的震動對于PLC控制系統(tǒng)是極為不利的，這會造成輸入元器件觸點的抖動，出現(xiàn)抖動的位置大多是常閉觸點，如果進行錯誤引導(dǎo)，則會形成對PLC控制系統(tǒng)的干擾。

1.4 電容性和電感性干擾

電容性干擾不是干擾源直接引起的，而是分散的電容耦合造成了對PLC控制系統(tǒng)的干擾。電感性干擾是由干擾源產(chǎn)生的一種交變磁場，對控制系統(tǒng)的元件耦合會直接造成影響。

1.5 波干擾

人們周圍環(huán)境存在電磁場，其受到雷達(dá)、智能電話的影響，會對PLC控制系統(tǒng)造成一定的干擾，不僅如此，傳導(dǎo)波也會對PLC控制系統(tǒng)造成一定的波干擾。

2 提升單片機PLC控制系統(tǒng)抗干擾能力的途徑

PLC控制系統(tǒng)中，要將設(shè)施和其他裝置有效連接，其工作過程中產(chǎn)生的頻率高、電壓低及現(xiàn)場環(huán)境將產(chǎn)生多種干擾。因此必須考慮到影響PLC控制系統(tǒng)的所有干擾因素，對軟件和硬件同時進行分析，有效緩解對控制系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾，從而確保其安全性和可靠性，達(dá)到更好的效果。

2.1 制定合理的硬件設(shè)計方案，加強抗干擾能力

單片機PLC控制系統(tǒng)中，硬件是提高抗干擾能力的主要方法，制定有效的設(shè)計方案可以最大程度地避免PLC控制系統(tǒng)受到干擾，確?？刂葡到y(tǒng)有一定的阻擋能力。為了達(dá)到這一效果，要采取相關(guān)措施有效提高抗干擾能力，包括控制干擾源、切斷電磁干擾的傳播渠道、完善裝置系統(tǒng)，要重視設(shè)計過程，科學(xué)利用電源，合理選擇接地點，對相關(guān)內(nèi)容進行合理設(shè)計，加強控制系統(tǒng)的抗干擾能力。

2.1.1 采用優(yōu)良電源

電源在一定程度上決定著系統(tǒng)的抗干擾能力，部分工作人員不注重細(xì)節(jié)，為了操作方便經(jīng)常會直接引入電網(wǎng)，導(dǎo)致電源受到一定的干擾。選擇電源對隔離性能有一定的要求，實際工作中，可以將PLE電源和相應(yīng)的設(shè)施分別完成配線，有效降低對電源產(chǎn)生的干擾。根據(jù)不同情況采取具體措施，盡可能避免PLC控制系統(tǒng)受到較強的干擾[1]。如果電源受到的干擾較為嚴(yán)重，可以利用隔離變壓器供電來解決，設(shè)置相應(yīng)的設(shè)施阻擋交直流的侵入，避免控制系統(tǒng)中的電源傳出噪聲。要想提高抗干擾能力，可以嘗試將屏蔽層和PLE同時進行連接。可以采用分離供電系統(tǒng)，使控制器和其他系統(tǒng)由變壓器完成供電，與總電源分離，不能產(chǎn)生交集。使用交流電源時，如果出現(xiàn)設(shè)施容量大、電壓受到影響的情況，可以選擇適當(dāng)?shù)奈恢眉尤敕€(wěn)壓電源，確保電源正常運行。使用UPS能夠確保在斷電情況下繼續(xù)為控制系統(tǒng)供電，有效解決控制系統(tǒng)的供電問題，提升PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力。

2.1.2 建立準(zhǔn)確的接地系統(tǒng)

面對不同的情況，要選擇適合準(zhǔn)確的接地系統(tǒng)，以有效減少電磁干擾。選擇接地的原因是考慮到安全和預(yù)防干擾，接地方式主要有浮地、直接接地和電容接地，不同系統(tǒng)要應(yīng)用不同的接地方法。單片機PLC控制系統(tǒng)一般選擇直接接地的方式，以達(dá)到抗干擾效果[2]。進行系統(tǒng)接地時要考慮多方面的因素，確保裝置信號間的頻率處于同一環(huán)境下，要在接線過程中做到一點接地和串聯(lián)。集中接地方式和以上方式有所不同，主要選擇并聯(lián)一點接地方式，在柜體接線位置要單獨布線，如果中間差距過大，要及時改變方式。接地過程中要合理選擇接地線，通常是銅母線等接地線，確定中心接地點后，直接完成連接。

2.1.3 提出有效的輸入、輸出配線方法

有效輸入、輸出配線能夠避免單片機PLC控制系統(tǒng)受到干擾，應(yīng)對此予以重視。實際操作中可以采取以下措施：布線過程中盡可能地將布線操作分開進行?？刂葡到y(tǒng)中有著多種不同的線，應(yīng)按相關(guān)要求將線合理分開布線[3]。對于開關(guān)量和模擬量信號線而言，也應(yīng)采用分開布線方法。布線過程中，模擬量信號線一般是以屏蔽線為主，并進行接地，數(shù)字傳輸線也是同樣的布線方式。雙絞線可以消除噪聲，布線過程中要考慮到電流方向和其他因素。選擇類型時，大多應(yīng)用晶體管，但其容易出現(xiàn)漏電情況，要提前準(zhǔn)備適合的材質(zhì)，在輸出、輸入端解決，以并聯(lián)旁路電阻的方式控制電流。進行輸入和輸出配線時，要避免輸入信號受到干擾，對控制器選擇性地應(yīng)用具體信號，以免損壞相關(guān)構(gòu)件。要正確認(rèn)識和應(yīng)用直流信號和交流信號，對于輸出信號而言，在負(fù)載前后要接入吸收器和二極管，要正確分辨負(fù)載場合，有效進行接入。

2.1.4 采用科學(xué)的電纜敷設(shè)方式

合理應(yīng)用電纜敷設(shè)方式能夠減少一定的電磁干擾。實際操作過程中，采用電纜應(yīng)根據(jù)具體的信號類型進行傳輸，敷設(shè)過程要有序進行，根據(jù)信號種類完成敷設(shè)，按照相關(guān)要求和規(guī)定工作。如果采用同電纜的不同導(dǎo)線進行傳輸，會拉近信號和電纜之間的距離，造成電磁干擾。為了有效解決這一問題，實際施工過程應(yīng)嚴(yán)格要求敷設(shè)電纜的數(shù)量，確定一定的層數(shù)，相繼進行敷設(shè)，敷設(shè)時要考慮硬件設(shè)施，防止電磁干擾。

2.1.5 減小空間電磁輻射的干擾

應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)時，要充分考慮系統(tǒng)內(nèi)電路的干擾因素，盡量避免其接觸到電磁爐等容易產(chǎn)生干擾的環(huán)境。如果無法做到有效避免接觸環(huán)境，可嘗試?yán)媒饘俸袑ζ涮幚?，對金屬盒進行相應(yīng)的設(shè)計，滿足一定的空間要求，使其有效進行散熱和通風(fēng)，抑制其對單片機PLC控制系統(tǒng)的干擾。

2.1.6 采用光電隔離技術(shù)

光電隔離技術(shù)主要是發(fā)揮光電耦合器的作用，對輸入、輸出渠道與中心位置做到分開隔離，具體表現(xiàn)形式是光電耦合器能夠?qū)a(chǎn)生的信號通過內(nèi)部構(gòu)件使其成為光信號，將其轉(zhuǎn)化為電信號，進一步使輸入、輸出信號進行相應(yīng)的電隔離，有效提升單片機PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力。根據(jù)光信號的作用，完成信號的順利傳輸，使其應(yīng)用更廣[4]。

2.2 進行合理的軟件設(shè)計

工作過程中必然會受到一定的干擾影響，應(yīng)制定相應(yīng)的措施有效預(yù)防干擾影響。PLC控制系統(tǒng)中，應(yīng)科學(xué)合理地設(shè)計軟件，避免造成干擾，通過對系統(tǒng)的抗干擾處理，提高相應(yīng)的抗干擾能力。分析軟件構(gòu)造的可靠性，進行數(shù)字濾波，在一定時間內(nèi)預(yù)防干擾，按時對參考位置進行考查，防止出現(xiàn)電位漂移的情況，合理利用信息冗余技術(shù)。PLC控制系統(tǒng)中，零件較多，如定時器等，可以嘗試不同的思路控制干擾能力，從這些零件入手，屏蔽錯誤的信號，防止輸出有誤信號，逐步提升控制系統(tǒng)的抗干擾能力。

2.2.1 屏蔽可能出現(xiàn)的錯誤信號

具體工作過程中產(chǎn)生的電磁是較為復(fù)雜的，僅憑借硬件設(shè)施無法有效提升干擾能力，還需制定相應(yīng)的軟件措施。PLC控制系統(tǒng)中，循環(huán)過程中大多數(shù)物質(zhì)是多變的，但也有相對靜止的，如在一些環(huán)節(jié)中時間是固定的，且發(fā)出不變的信號[5]。具體工作過程中，可以利用這一特征提出相應(yīng)的措施，完成對定時器數(shù)據(jù)信息的搜集，及時屏蔽可能會出現(xiàn)的錯誤信號。同時，要在有效時間內(nèi)進行，一般是在打開開關(guān)時進行搜集。

2.2.2 利用時間檢測提示

機器設(shè)施在進行工作時所花費的時間是固定的，遇到特殊情況也不會發(fā)生較大改變。可以適當(dāng)參考這些時間，對控制器及時發(fā)出信號，當(dāng)外部結(jié)構(gòu)開始工作時，要將定時器打開，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，正常情況下，設(shè)置的參數(shù)要比原先的工作時間長，所占比例應(yīng)根據(jù)具體情況設(shè)定[6]。

2.2.3 有效消除觸點可能存在的抖動干擾

PLC控制系統(tǒng)會受到不同程度干擾的影響，一些輸入元件在接地后，在一定時間內(nèi)對觸點會產(chǎn)生相應(yīng)的作用，導(dǎo)致發(fā)生不同時間內(nèi)的抖動情況，這種情況的出現(xiàn)會直接導(dǎo)致傳出錯誤信號，應(yīng)有效消除觸點可能存在的抖動干擾。

2.2.4 可利用的相關(guān)技術(shù)

應(yīng)用數(shù)字濾波技術(shù)。此技術(shù)和硬件設(shè)施功能較為接近，實際工作過程中采用具體方法，如平均法、取舍法等，以起到一定的作用。

進行軟件冗余。為了確保安全性和可靠性，必須保證每個構(gòu)件的穩(wěn)定性，要達(dá)到2次以上重復(fù)開關(guān)的操作動作。

設(shè)定軟件陷阱。這是將失去作用的程序完成恢復(fù)，使之處于起始狀態(tài)。一般情況下是利用NOP或跳轉(zhuǎn)方式完成軟件陷阱的設(shè)置。比如，在沒有應(yīng)用過的空間單元內(nèi)執(zhí)行數(shù)個操作指令，如果程序失去作用，當(dāng)PC對準(zhǔn)這些空間單元時則是進行軟件陷阱，進行多次不同的動作后，程序會根據(jù)可利用的環(huán)節(jié)自動跳轉(zhuǎn)到需要的位置或自動運行。正常情況下，軟件陷阱并不會對系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，設(shè)定軟件陷阱能夠提升PLC控制系統(tǒng)的可靠性。

數(shù)據(jù)備份是比較常見的，為了確保控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，要將多個單獨的存儲器進行更為細(xì)化的信息內(nèi)容備份，充分利用數(shù)據(jù)存儲器多空間的優(yōu)勢完成數(shù)據(jù)存儲和備份。存儲和備份過程要以抗干擾能力為前提，堅持?jǐn)?shù)據(jù)安全的基本原則，確保在一定時間內(nèi)完整地對數(shù)據(jù)進行存儲和備份，要根據(jù)存儲器的實際情況合理利用，避免備份過程出現(xiàn)問題，以嚴(yán)謹(jǐn)和負(fù)責(zé)的態(tài)度合理設(shè)計軟件，維護軟件系統(tǒng)安全。

3 結(jié)語

單片機PLC控制系統(tǒng)受到的干擾較多，為了有效提高抗干擾能力，必須重視系統(tǒng)硬件檢測和維護。要科學(xué)規(guī)劃硬件線路，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求設(shè)計軟件，靈活多變地運用編程，不斷增強PLC控制系統(tǒng)的抗干擾效果，確保其能夠穩(wěn)定運行，進一步促進工業(yè)設(shè)施的應(yīng)用發(fā)展。