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（長沙大學(xué)電子系，湖南長沙410003）

　?。壅∫荨∥闹袑?duì)影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要干擾源、成因進(jìn)行了分析。從硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序編制入手，研究探討提高PLC控制系統(tǒng)抗干擾能力的方法和措施。實(shí)踐證明，這些方法和措施對(duì)提高PLC控制系統(tǒng)抗干擾能力具有普遍意義和實(shí)用價(jià)值。
    ［關(guān)鍵詞］　PLC；控制系統(tǒng)；抗干擾

1　概　述　　
　　PLC作為一種自動(dòng)化程度高、配置靈活的工業(yè)生產(chǎn)過程控制裝置，因?yàn)槠浔旧淼母呖煽啃浴⒃试S在較為惡劣的環(huán)境下工作而在自動(dòng)控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。在PLC控制系統(tǒng)中，就PLC本身來說，其薄弱環(huán)節(jié)在I／O端口，雖然它有與現(xiàn)場(chǎng)相當(dāng)可靠的隔離和端口之間的隔離以及端口輸入、輸出信號(hào)與總線信號(hào)之間的隔離，但由于PLC的應(yīng)用場(chǎng)合越來越廣，應(yīng)用環(huán)境越來越復(fù)雜，所受到的干擾也越來越多。如來自電源波形的畸變、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所產(chǎn)生的電磁干擾、接地電阻的耦合、輸入元件觸點(diǎn)的抖動(dòng)等各種形式的干擾，都可能使系統(tǒng)不能正常工作。因此，研究PLC控制系統(tǒng)干擾信號(hào)的來源、成因及抑制措施，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性具有重要作用。
2　影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾因素　　
   影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾因素很多，主要 的有下面幾種：
　?。?）電源波形畸變干擾：由于PLC控制系統(tǒng)本身或者電網(wǎng)其它設(shè)備采用SCR、GTO、IGBT等電力半導(dǎo)體器件，在工作時(shí)產(chǎn)生的高次諧波、噪聲、寄生振蕩等，引起電網(wǎng)電源波形畸變，通過電源線路對(duì)PLC產(chǎn)生的干擾。
　　（2）電路耦合干擾：由于PLC接地點(diǎn)選擇不當(dāng)或接地不良，通過回路公共阻抗發(fā)生耦合而產(chǎn)生的電流干擾。
　?。?）輸入元器件觸點(diǎn)的抖動(dòng)干擾：由于現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)烈振動(dòng)使PLC輸入元器件觸點(diǎn)發(fā)生抖動(dòng)（尤其是常閉觸點(diǎn)）產(chǎn)生的誤信號(hào)所形成的干擾
　?。?）電容性干擾：在干擾源與干擾對(duì)象（PLC）之間存在分布電容耦合所產(chǎn)生的干擾。
　?。?）電感性干擾：干擾源中的交變磁場(chǎng)通過干擾對(duì)象（PLC）中的電感性元件耦合所產(chǎn)生的干擾。
　?。?）波干擾：由空間電磁波（主要是雷達(dá)、電臺(tái)、移動(dòng)電話等）的電磁場(chǎng)、傳導(dǎo)波的傳導(dǎo)電流和傳導(dǎo)電壓所產(chǎn)生的干擾。過合理配置供電電源、正確選擇接地點(diǎn)、接地方式和輸入輸出配線等措施，可有效提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
3．1　供電電源
　　由于PLC本身抗干擾的能力很強(qiáng)，通常只要將PLC電源與系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備分開配線，對(duì)于從電源來的干擾，具有足夠強(qiáng)的抑制能力。但是，如果遇到特殊情況，電源干擾特別嚴(yán)重，可采用帶屏蔽層的隔離變壓器供電，甚至加接線路濾波器，以抑制從交直流電源侵入的常模和共模瞬變干擾，還可抑制PLC內(nèi)部開關(guān)電源向外輻射噪聲。在有較強(qiáng)干擾源的環(huán)境中使用PLC，或?qū)LC工作可靠性要求特別高時(shí)，應(yīng)將屏蔽層和PLC浮動(dòng)地端子接地。
3．2　接地
　　在PLC控制系統(tǒng)中，具有多種形式的“地”，主要有：
　?。?）信號(hào)地：是輸入端信號(hào)元件———傳感器的地。
　　（2）交流地：交流供電電源的N線，通常它是產(chǎn)生噪聲的主要地方。
　?。?）屏蔽地：一般為防止靜電、磁場(chǎng)感應(yīng)而設(shè)置的外殼或金屬絲網(wǎng)，通過專門的銅導(dǎo)線將其與地殼連接。
　?。?）保護(hù)地：一般將機(jī)器設(shè)備外殼或設(shè)備內(nèi)獨(dú)立器件的外殼接地，用以保護(hù)人身安全和防護(hù)設(shè)備漏電。
　　為了抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾，應(yīng)對(duì)PLC系統(tǒng)進(jìn)行良好的接地。一般情況下，接地方式與信號(hào)頻率有關(guān)，當(dāng)頻率低于1 MHz時(shí)，可用一點(diǎn)接地；高于10 MHz時(shí)，采用多點(diǎn)接地；在1～10 MHz間采用哪種接地視實(shí)際情況而定。因此，PLC組成的控制系統(tǒng)常用一點(diǎn)接地，接地線截面積不能小于2 mm2，接地電阻不能大于100Ω，接地線最好是專用地線。若達(dá)不到這種要求，也可采用公共接地方式，禁止采用與其它設(shè)備串聯(lián)接地的方式。
　　交流電源在傳輸時(shí)，在相當(dāng)一段間隔的電源導(dǎo)線上，會(huì)有幾mV、甚至幾V的電壓，而低電平信號(hào)傳輸要求延路電平為零。為防止交流電對(duì)低電平信號(hào)的干擾，在直流信號(hào)的導(dǎo)線上要加隔離屏蔽；不允許信號(hào)源與交流電共用一根地線；各個(gè)接地點(diǎn)通過接地銅牌連接到一起。
　　屏蔽地、保護(hù)地不能與電源地、信號(hào)地和其它地扭在一起，只能各自獨(dú)立的接到接地銅牌上。為減少信號(hào)的電容耦合噪聲，可采用多種屏蔽措施。對(duì)于電場(chǎng)屏蔽的分布電容問題，通過將屏蔽地接入大地可解決。對(duì)于純防磁的部位，例如強(qiáng)磁鐵、變壓器、大電機(jī)的磁場(chǎng)耦合，可采用高導(dǎo)磁材料作外罩，將外罩接入大地來屏蔽。
3．3　輸入、輸出配線
　?。?）PLC電源線、I／O電源線、輸入信號(hào)線、輸出信號(hào)線、交流線、直流線都應(yīng)盡量分開布線。開關(guān)量信號(hào)線與模擬量信號(hào)線也應(yīng)分開布線，且后者應(yīng)采用屏蔽線，并且將屏蔽層接地。數(shù)字傳輸線也要用屏蔽線，并且要將屏蔽層接地。由于雙絞線中電流方向相反，大小相等，可將感應(yīng)電流引起的噪聲互相抵消，故信號(hào)線多采用雙絞線或屏蔽線。
    （2）輸入、輸出信號(hào)的防錯(cuò)
　　當(dāng)輸入信號(hào)源為晶體管，或是光電開關(guān)輸出類型時(shí)，在關(guān)斷時(shí)仍有較大的漏電流。而PLC的輸入繼電器靈敏度較高，如漏電流干擾超過一定值，就形成了誤信號(hào)。同樣，當(dāng)輸出元件為VTH（雙向晶閘管）或是晶體管輸出，而外部負(fù)載又很小時(shí)，會(huì)因?yàn)檫@類輸出元件在關(guān)斷時(shí)有較大的漏電流，引起微小電流負(fù)載的誤動(dòng)，導(dǎo)致輸入與輸出信號(hào)的錯(cuò)誤，給設(shè)備和人身造成不良后果。
　　解決辦法是在這類輸入、輸出端并聯(lián)旁路電阻，以減小PLC輸入電流和外部負(fù)載上的電流，電路接線如圖3—1所示。圖中，旁路電阻按下式求出：

式中，Il———輸入信號(hào)源或輸出晶閘管最大漏電流；
      Um———輸入信號(hào)電壓或外部負(fù)載電壓最大值；
      IN———輸入點(diǎn)或外部負(fù)載的額定電流。
　　還有一種方法是在PLC輸入端加RC濾波環(huán)節(jié)，利用RC的延遲作用來抑制竄入脈沖所引起的干擾。在晶閘管輸出的負(fù)載兩端并聯(lián)RC浪涌電流抑制器，減小漏電流的干擾。

4　從軟件設(shè)計(jì)方面提高系統(tǒng)抗干擾能力　　
　　PLC內(nèi)部具有豐富的軟元件，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等，利用它們?cè)O(shè)計(jì)一些程序，可以屏蔽輸入元件的誤信號(hào)，防止輸出元件的誤動(dòng)作，提高　　系統(tǒng)的抗干擾能力。
4．1　利用PLC內(nèi)部定時(shí)器，屏蔽輸入端可能出現(xiàn)的誤信號(hào)
　　在PLC組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，每一次循環(huán)，各工步的動(dòng)作時(shí)間通常是固定不變的，行程開關(guān)（或其它敏感元件，如光電開關(guān)）總是在該工步的同一時(shí)刻發(fā)出信號(hào)。根據(jù)這一特點(diǎn)，用兩個(gè)內(nèi)部定時(shí)器，限定PLC只在該開關(guān)正常發(fā)信號(hào)的時(shí)間內(nèi)采樣，就可屏蔽掉其它時(shí)間可能發(fā)出的誤信號(hào)———干擾信號(hào)。　　圖4—1所示是以FX2N—48MR型PLC控制為例（文中舉例均為此機(jī)型），某自動(dòng)生產(chǎn)線上對(duì)輸入X000采樣的梯形圖程序及時(shí)序圖。根據(jù)計(jì)算和實(shí)測(cè)，正常情況下，輸入X000總是在輸出Y000啟動(dòng)后0．7 s左右發(fā)出信號(hào)。但在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，有可能使X000發(fā)出誤信號(hào)，引起控制系統(tǒng)的錯(cuò)誤動(dòng)作。現(xiàn)在，將定時(shí)器T0的延遲時(shí)間設(shè)為0．5 s，T1的延遲時(shí)間設(shè)為0．9 s，從圖可知，只有在Y000＝1后0．5～0．9 s的時(shí)間內(nèi)采樣的X000信號(hào)，才被認(rèn)為是有效信號(hào)M0，其它時(shí)間內(nèi)，即使X000誤發(fā)信號(hào)，也會(huì)被屏蔽掉。

4．2　利用PLC內(nèi)部計(jì)數(shù)器，消除輸入元件觸點(diǎn)“抖動(dòng)”干擾
　　在PLC控制系統(tǒng)中，由于外界干擾的影響，有些輸入元件在接通時(shí)，會(huì)發(fā)生觸點(diǎn)時(shí)斷時(shí)續(xù)的“抖動(dòng)”現(xiàn)象而發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)。在圖4—2a中，當(dāng)輸入X001發(fā)生抖動(dòng)時(shí)，輸出Y001也會(huì)跟著抖動(dòng)。消除 這種干擾的方法是利用計(jì)數(shù)器經(jīng)適當(dāng)編程來實(shí)現(xiàn)。圖4—2b是用計(jì)數(shù)器組成的消“抖動(dòng)”程序和波形圖。當(dāng)“抖動(dòng)”干擾使X001斷開的間隔Δt＜x×0．1s（注：M8012為特殊輔助繼電器，產(chǎn)生0．1 s的時(shí)鐘脈沖）時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出為“0”，輸出繼電器Y001保持接通，干擾對(duì)PLC正常工作不構(gòu)成影響；當(dāng)X001斷開時(shí)間Δt≥x×0．1 s，計(jì)數(shù)器C1計(jì)滿x次時(shí)，C1為“1”，輸出繼電器Y001輸出為“0”。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)次數(shù)x可在調(diào)試時(shí)根據(jù)干擾情況修改。

5　結(jié)束語　　
　　隨著PLC的應(yīng)用越來越廣泛，它所要克服的干擾越來越多，越來越復(fù)雜。如何進(jìn)一步提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力，多種方法和措施正在研究探索之中。通過正確設(shè)計(jì)硬件線路，選用高質(zhì)量的元器件，充分利用PLC本身軟元件，靈活巧妙地編程等措施，可以有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力。