论文部分内容阅读
[摘 要]PLC控制系统的抗干扰能力与系统运行的稳定性有很大关系，本文首先对干扰因素进行分析，确定了干扰因素，提出了具有针对性的建议，从硬件和软件两部分内容上进行抗干扰，硬件抗干扰主要是阻断干扰源，对干扰源进行控制，但是硬件抗干扰并不能完全阻断干扰，因此又研究了软件抗干扰，将硬件抗干扰与软件抗干扰进行结合，就可以有效的应对干扰，实现PLC的稳定运行。
[关键词]PLC控制系统；抗干扰；硬件；软件
中图分类号：TH143 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）36-0382-01
1.干扰PLC控制系统的因素分析
1.1 辐射干扰
通过空间以电磁波形式传播的电磁干扰称为辐射干扰，是由高频感应设备、电力网络、大型整流变压变频设备、无线电广播、雷达、雷电、电视等运行产生的。如果PLC控制系统处在辐射中，则它的数据线、电源线和信号线都会转变为天线，因此受到辐射的干扰。这其中，主要是两个路径，一是对PLC内部电路感应的辐射干扰，二是对PLC网络通讯线路的辐射干扰。
1.2 系统本身的干扰
PLC系统本身也会产生干扰，这主要是由于系统中各电路和元器件的辐射所产生的，如元器件之间不匹配、信号之间相互影响、逻辑电路之间有辐射等，在使用过程中系统本身的干扰不能消除，但是在系统选择上要尽量选择经过多重实验检验的PLC控制系统。
1.3 外部干扰
首先是电源干扰，这又分为三个层面：一是PLC控制系统中大型设备的启用和关停造成的欠电压和过电压等；二是电网短路造成的冲击、工业电网大型设备启动或者停止、交直流传动装置所引起的谐波等；三是SCR、IGBT、GTO等运行期间产生的高次谐波、寄生振荡、噪声等。其次是信号传输干扰，PLC各类信号输出线，在信息传输过程中，受空间辐射干扰，或者通过公用信号或者变送器进行干扰，这些被称作是容性耦合干扰和感性耦合干扰。最后是接地系统的干扰。PLC系统的地线包括模拟地、数字地、直流地、保护地、屏蔽地、信号地等，接地良好可以保证PLC的可靠运行，接地的混乱可能造成电位分布不均匀和电位差的存在而引起干扰，这会影响PLC的正常稳定运行。
2 硬件抗干扰的措施
2.1 空间电磁辐射抗干扰
PLC的电磁辐射干扰分为差模干扰和共模干扰，滤波元件是差模干扰的主要抑制器，让一只滤波电容接在两根电源线上，可以形成简单的滤波电路，这能够有效的起到抗干扰的作用，此外，采用屏蔽和隔离的方式也能够很好地抗击干扰；对于抑制共模干扰，最简单的办法就是在信号线上加装一个共模扼流圈，就能起到很好的抑制效果。
2.2 高性能的电源
PLC干扰中有70%的干扰是从电源耦合中进入系统的，因此选择高性能的电源可以有效地进行抗干扰。首先，可以将直流传感器电源接地，然后选用隔离性质的电源，在一次侧和二次侧分别加装屏蔽层，注意要将屏蔽层接地，并且，为了防止再次出现共模干扰，可以将输入线和輸出线都采用双绞线。实践中运用此方法进行多层抗干扰，则效果非常好。其次，要选用具有较强抗干扰能力的滤波器，可以防止系统本身存在较大的辐射干扰，若存在严重干扰的时候，可以将滤波器接入电源之后，通过隔离变压器来抗干扰。再次，可以运用隔离供电的方式，将PLC设备、I/O设备等分别由自己的供电设备供电，与總电路分开。也可以选择不同的配电器与变送器分别与控制系统相连，进行多次隔离，加强抗干扰效果，最后，为了供电的可靠，可以选用在线式不间断供电来阻断干扰，实现电源方面干扰的隔离和减弱。
2.3 I/O信号抗干扰
这分为四个方面的内容：其一，当输入为感性元件时，闭合触点会有电弧产生，断开触点则会出现反电势，直流电路可以通过并联二极管解决问题，交流电路可以通过并联RC解决问题；其二，输出为感性负载时，交流负载中，可以通过在负载两侧并联RC浪涌吸收装置或者是压敏电阻来抗干扰，压敏电阻的额定电压值应该在电源电压最大值的1.3倍以上，在进行RC串联后，RC应该靠近负载，直流负载中，可以让继电器线圈触头与联续流二极管并联解决问题；其三，长线传输中的光耦浮置的处理，在较长的线路中，运用两极光电耦合，将线路浮置，切断环路，可以解决阻抗匹配问题，并且还可以消除噪声电压和保护系统，如图1所示；其四，I/O信号漏电处理，当信号源时，为了降低外部负载电流和输入电流，减少阻抗，可以通过在输入输出端口处并联旁路电阻。
2.4 外部配线
PLC的稳定可靠运行与外部配线如何设计也有很大的关系，尤其是距离较远间的传送，运用屏蔽线和双绞线是有效的抗干扰方法。屏蔽线对磁场干扰的屏蔽和电场干扰的屏蔽都有很明显的效果。双绞线两个相邻的节点在同一个导体上会产生相反的电动势，可以很好地抗干扰。
2.5 完善接地系统
一个好的接地系统可以保证PLC的安全高效运行，还可以抑制外来干扰，并且还能够减少PLC对外界释放二次污染。系统接地方式可以分为浮地式接地、电容式接地和直接接地，PLC控制系统中选择直接接地。
3 软件抗干扰措施
3.1 消除“抖动”干扰
元件在接通时，有时会因为接触的时断时续而产生错误的信号，通常来讲，在用普通的输出法时，如果输入的数据发生抖动时，输出的数据同样会发生抖动，这时，在算法中加入一个定时器，将输出延时，让输入的触点接通时长大于延时的时间，则干扰會被过滤掉，不会对输出有影响。
3.2 互锁程序保护
为了进一步提升PLC控制系统的稳定性与安全性，只有软件互锁是不够的，应该在硬件与软件中加入互锁功能，当触点烧死，接触器线圈失电，辅助触点在物理上并没有断开，就会造成三线电源短路。但是在PLC接线过程中，在硬件和软件中同时加入互锁功能，能够保证正反接触器不会在同一时间接通，即不会同时存在电压，避免发生三相短路事故。
3.3 数字滤波
数字滤波的运用能够有效的降低信号的信噪比，模拟信号经过转换后，可以存在不同的数据寄存器当中，利用数字滤波将干扰信号过滤掉，留下有效的信号。常用的数字滤波方式有滑动平均值滤波（递推平均滤波法）、防脉冲干扰均值滤波（中位值平均滤波法）、程序判断滤波（限幅滤波法）、算数平均值滤波和中值滤波等。
3.4 软件容错
干扰信号较多，I/O长距离传输信号、现场辐射较强等多种原因都会引起I/O信号输出产生错误，运用容错技术能够在信号出现错误时，及时进行改正补救，保证PLC控制系统正常可靠运行。软件容错主要包括三个方面的内容：一是软件延时，对于控制、开关量、检测信号这类易抖动的应该加装延时器，对同一信号进行多次读取，可以有效消除干扰；二是对死循环处理，在程序死循环时，要分清是主故障还是次故障，再对其进行处理；三是程序修复技术，在程序运行过程中，若出现故障，可以重复行使指令，若执行多次之后成功，这说明之前存在干扰，现已被消除，若依然没成功，则可能程序本身存在错误。
4 结束语
本文通过实践中的研究，找出了PLC运行过程中的干扰因素，并且从全方面考虑，运用硬件和软件并行的措施来加强PLC控制系统抗干扰的能力，有效降低了PLC控制系统出故障的几率，增强了PLC控制系统的抗干扰能力，有利于PLC控制系统安全稳定的运行，在广泛的应用中，取得了良好的经济效益。
参考文献
[1] 鲁炳文；赵亮；PLC控制系统的干扰因素分析与抗干扰措施[J]；工业仪表与自动化装置；2011年03期.
[2] 王殿坤；董保；刘永佳；PLC的电磁干扰[J]；黑龙江冶金；2012年03期.
[关键词]PLC控制系统；抗干扰；硬件；软件
中图分类号：TH143 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）36-0382-01
1.干扰PLC控制系统的因素分析
1.1 辐射干扰
通过空间以电磁波形式传播的电磁干扰称为辐射干扰，是由高频感应设备、电力网络、大型整流变压变频设备、无线电广播、雷达、雷电、电视等运行产生的。如果PLC控制系统处在辐射中，则它的数据线、电源线和信号线都会转变为天线，因此受到辐射的干扰。这其中，主要是两个路径，一是对PLC内部电路感应的辐射干扰，二是对PLC网络通讯线路的辐射干扰。
1.2 系统本身的干扰
PLC系统本身也会产生干扰，这主要是由于系统中各电路和元器件的辐射所产生的，如元器件之间不匹配、信号之间相互影响、逻辑电路之间有辐射等，在使用过程中系统本身的干扰不能消除，但是在系统选择上要尽量选择经过多重实验检验的PLC控制系统。
1.3 外部干扰
首先是电源干扰，这又分为三个层面：一是PLC控制系统中大型设备的启用和关停造成的欠电压和过电压等；二是电网短路造成的冲击、工业电网大型设备启动或者停止、交直流传动装置所引起的谐波等；三是SCR、IGBT、GTO等运行期间产生的高次谐波、寄生振荡、噪声等。其次是信号传输干扰，PLC各类信号输出线，在信息传输过程中，受空间辐射干扰，或者通过公用信号或者变送器进行干扰，这些被称作是容性耦合干扰和感性耦合干扰。最后是接地系统的干扰。PLC系统的地线包括模拟地、数字地、直流地、保护地、屏蔽地、信号地等，接地良好可以保证PLC的可靠运行，接地的混乱可能造成电位分布不均匀和电位差的存在而引起干扰，这会影响PLC的正常稳定运行。
2 硬件抗干扰的措施
2.1 空间电磁辐射抗干扰
PLC的电磁辐射干扰分为差模干扰和共模干扰，滤波元件是差模干扰的主要抑制器，让一只滤波电容接在两根电源线上，可以形成简单的滤波电路，这能够有效的起到抗干扰的作用，此外，采用屏蔽和隔离的方式也能够很好地抗击干扰；对于抑制共模干扰，最简单的办法就是在信号线上加装一个共模扼流圈，就能起到很好的抑制效果。
2.2 高性能的电源
PLC干扰中有70%的干扰是从电源耦合中进入系统的，因此选择高性能的电源可以有效地进行抗干扰。首先，可以将直流传感器电源接地，然后选用隔离性质的电源，在一次侧和二次侧分别加装屏蔽层，注意要将屏蔽层接地，并且，为了防止再次出现共模干扰，可以将输入线和輸出线都采用双绞线。实践中运用此方法进行多层抗干扰，则效果非常好。其次，要选用具有较强抗干扰能力的滤波器，可以防止系统本身存在较大的辐射干扰，若存在严重干扰的时候，可以将滤波器接入电源之后，通过隔离变压器来抗干扰。再次，可以运用隔离供电的方式，将PLC设备、I/O设备等分别由自己的供电设备供电，与總电路分开。也可以选择不同的配电器与变送器分别与控制系统相连，进行多次隔离，加强抗干扰效果，最后，为了供电的可靠，可以选用在线式不间断供电来阻断干扰，实现电源方面干扰的隔离和减弱。
2.3 I/O信号抗干扰
这分为四个方面的内容：其一，当输入为感性元件时，闭合触点会有电弧产生，断开触点则会出现反电势，直流电路可以通过并联二极管解决问题，交流电路可以通过并联RC解决问题；其二，输出为感性负载时，交流负载中，可以通过在负载两侧并联RC浪涌吸收装置或者是压敏电阻来抗干扰，压敏电阻的额定电压值应该在电源电压最大值的1.3倍以上，在进行RC串联后，RC应该靠近负载，直流负载中，可以让继电器线圈触头与联续流二极管并联解决问题；其三，长线传输中的光耦浮置的处理，在较长的线路中，运用两极光电耦合，将线路浮置，切断环路，可以解决阻抗匹配问题，并且还可以消除噪声电压和保护系统，如图1所示；其四，I/O信号漏电处理，当信号源时，为了降低外部负载电流和输入电流，减少阻抗，可以通过在输入输出端口处并联旁路电阻。
2.4 外部配线
PLC的稳定可靠运行与外部配线如何设计也有很大的关系，尤其是距离较远间的传送，运用屏蔽线和双绞线是有效的抗干扰方法。屏蔽线对磁场干扰的屏蔽和电场干扰的屏蔽都有很明显的效果。双绞线两个相邻的节点在同一个导体上会产生相反的电动势，可以很好地抗干扰。
2.5 完善接地系统
一个好的接地系统可以保证PLC的安全高效运行，还可以抑制外来干扰，并且还能够减少PLC对外界释放二次污染。系统接地方式可以分为浮地式接地、电容式接地和直接接地，PLC控制系统中选择直接接地。
3 软件抗干扰措施
3.1 消除“抖动”干扰
元件在接通时，有时会因为接触的时断时续而产生错误的信号，通常来讲，在用普通的输出法时，如果输入的数据发生抖动时，输出的数据同样会发生抖动，这时，在算法中加入一个定时器，将输出延时，让输入的触点接通时长大于延时的时间，则干扰會被过滤掉，不会对输出有影响。
3.2 互锁程序保护
为了进一步提升PLC控制系统的稳定性与安全性，只有软件互锁是不够的，应该在硬件与软件中加入互锁功能，当触点烧死，接触器线圈失电，辅助触点在物理上并没有断开，就会造成三线电源短路。但是在PLC接线过程中，在硬件和软件中同时加入互锁功能，能够保证正反接触器不会在同一时间接通，即不会同时存在电压，避免发生三相短路事故。
3.3 数字滤波
数字滤波的运用能够有效的降低信号的信噪比，模拟信号经过转换后，可以存在不同的数据寄存器当中，利用数字滤波将干扰信号过滤掉，留下有效的信号。常用的数字滤波方式有滑动平均值滤波（递推平均滤波法）、防脉冲干扰均值滤波（中位值平均滤波法）、程序判断滤波（限幅滤波法）、算数平均值滤波和中值滤波等。
3.4 软件容错
干扰信号较多，I/O长距离传输信号、现场辐射较强等多种原因都会引起I/O信号输出产生错误，运用容错技术能够在信号出现错误时，及时进行改正补救，保证PLC控制系统正常可靠运行。软件容错主要包括三个方面的内容：一是软件延时，对于控制、开关量、检测信号这类易抖动的应该加装延时器，对同一信号进行多次读取，可以有效消除干扰；二是对死循环处理，在程序死循环时，要分清是主故障还是次故障，再对其进行处理；三是程序修复技术，在程序运行过程中，若出现故障，可以重复行使指令，若执行多次之后成功，这说明之前存在干扰，现已被消除，若依然没成功，则可能程序本身存在错误。
4 结束语
本文通过实践中的研究，找出了PLC运行过程中的干扰因素，并且从全方面考虑，运用硬件和软件并行的措施来加强PLC控制系统抗干扰的能力，有效降低了PLC控制系统出故障的几率，增强了PLC控制系统的抗干扰能力，有利于PLC控制系统安全稳定的运行，在广泛的应用中，取得了良好的经济效益。
参考文献
[1] 鲁炳文；赵亮；PLC控制系统的干扰因素分析与抗干扰措施[J]；工业仪表与自动化装置；2011年03期.
[2] 王殿坤；董保；刘永佳；PLC的电磁干扰[J]；黑龙江冶金；2012年03期.