《PLC控制系统干扰与抗干扰措施》
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[摘要 ]目前,PLC系统作为工业领域中主流的电气设备,在实际建设过程中发挥出不可替代的效用,并且也推動了工业生产的快速前行,一定程度上为国内经济发展奠定良好基础,也带动着社会生产水平的提升,受到各个领域的广泛关注.但从实际来看,PLC系统运行过程中常常会出现异常,导致效率和可靠性无法满足预期要求,增加电力生产的成本投入.针对这一问题,本文结合PLC系统的主要特点进行分析,主要论述PLC运行过程中的抗干扰技术,期望为PLC系统的发展提供建设性意见.
[关键词]PLC;控制系统;干扰类型;抗干扰措施
[中图分类号]TP273 [文献标志码]A [文章编号]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系统逐步在电力生产和工业领域中发挥出自身作用,不单单提升自动化性能,还进一步扩展了生产模式,确保效率和质量达到要求,也受到工业领域的一致好评.但从实际运行来说,不难发现PLC系统会受到诸多外界干扰,一旦无法有效解决和优化,就会引起系统异常,甚至出现系统崩溃等问题,增加了PLC系统的运行风险.因此,改进PLC系统的抗干扰性能就显得十分关键.本文就从PLC系统的特点着手分析,重点论述影响运行的干扰模式,针对不同干扰提出相应的解决方案.
1.PLC控制系统的简单概述
1、1 概念
PLC系统也就是常说的可编程控制器,一般来说核心结构为可编程的存储设备,主要应用在程序控制、逻辑运算、时钟计数等方面,通过用户发出的控制指令,经由精确的模数转换后对机械装置进行操作控制.
1、2 作用
（1）PLC系统的逐步应用优化了原有继电体系中大规模使用继电设备的情况,减轻设计负担和装设任务量.
（2）PLC系统以及外接模块出现运行异常后,能够依照PLC搭载的二极管组件和编程器报告快速准确的判定问题原因,通过模块调整的方式解决异常.
（3）PLC系统能够有效抵御外部干扰,可长期稳定运行在无故障状态,常常被应用于干扰强烈的工业生产环境中.
2.PLC控制系统的应用优势
PLC系统功能类型多样,外扩组件完善,能够适应不同生产环境,稳定度高且功耗较低,具体优势如下：
（1）功能类型多样,即使一台小型PLC设备也可以集成数千个可编程模块,功能多样,能够满足不同控制需求.
（2）外扩组件完善,能够适应不同生产环境：目前PLC设备已经实现了标准化生产,也为用户提供多样化的外扩模块.系统自身负载性能较强,能够直接驱动组件运行.
（3）稳定度高：PLC系统内配备有良好的抗干扰模块,能够运行在恶劣的工业生产环境之中.
（4）系统集成度高,功耗较低：由于PLC系统线路连接简便,因此可以减少附件使用,降低成本投入.
3.PLC控制系统的干扰类型
3、1 系统内部导致的干扰
因为自身搭载组件不兼容或存在技术缺陷,致使PLC系统内部运行异常,实际控制中会由于各项因素引起强烈的电磁辐射,一旦辐射超过标准范围就会影响系统的正常工作.
3、2 电源及外接线导致的干扰
系统内部出现的电磁辐射以及模块不兼容等问题,均是引起异常的干扰源,致使性能无法满足要求.
3、3 空间辐射导致的干扰
PLC系统实际运行需要严格的外部条件,一旦无法满足要求就会出现异常问题,甚至引发系统崩溃.
4.PLC控制系統的抗干扰措施
4、1 提高PLC控制系统的硬件抗干扰能力
（1）良好的抵抗干扰能力是产品最重要的一点,这就要求产品具备良好的电磁兼容性,但核心还是抵抗外部干扰的性能.
（2）期望共模干扰控制在合理范围内,要求PLC系统获取到信号以前保证信号和地面的联通.
（3）降低差模干扰影响,在信号传输过程中增设滤波装置,但该方案需要依照差异化的生产环境进行调整.
（4）从国内发展来看,不管是电网阻值过高还是地电位波动较大,均导致工业领域的生产环境中存在严重的电磁干扰,这就给系统带来较大的挑战,可以说国外能够稳定工作的PLC系统引入国内后均可能出现异常问题,所以需要结合国内标准来选用进口装置.
4、2 提高PLC控制系统的软件抗干扰能力
（1）利用“看门狗”方法.实时监测系统工况应当融入到初期程序设计环节,可以利用看门狗技术测定系统稳定性,例如说,当PLC操作组件时,将程序视为定时装置,结合具体情况确定开关动作,可以有效测定组件的工作状态.在设定定时器参数时,需要参考组件的可能性确定周期,一旦组件跳转到工作状态,就要同时开启看门狗,若组件达到预先设定区间且“看门狗”顺利完成指令并将定时器复位,就证明监控系统正常.
（2）当系统长期运行在不稳定环境之中,系统的开关模块可能会由于震荡出现误操作.一般来讲,震荡出现的周期较短,对此可以建立起相应的延时方案,待震荡消除后发送信号.
（3）采用软件进行数字滤波的模式可以显著优化信噪比,相较于抗干扰不稳定的系统来说,普遍选用程序控制的方式,基于具体需求进行样本提取,计算平均参数.整个过程中一旦样本超过前期幅值就要舍去,此后基于其他参数来计算当前数据.
4、3 提高PLC控制系统的接地抗干扰能力
（1）加强系统的接地质量,该优化能够显著提高系统稳定性,也可以消除电磁干扰,是目前PLC系统中主流的优化措施.
（2）将各个设备的信号交换频率控制在标准范围内,确保信号线路和输入设备间的独立性.
（3）一旦选用集中模式的控制系统,就需要采用并联一点的接地方案,如果设备间距超出标准范围,要重新调整为串联模式.
（4）根据标准来看,接地阻止要低于2Ω,且同建筑物的间距至少15m.
4、4 提高PLC控制系统的电源抗干扰能力
（1）PLC系统中通常选用隔离电源作为功能模块,但由于隔离电源自身特点以及技术落后,实际效果难以满足预期.基于此,进行PLC系统设计时,要更改为隔离变压器供能,在各个绕组间增设屏蔽层,保证接地稳定,由此能够有效抵抗外部干扰.
（2）采用滤波设备降低干扰,滤波装置自身抗干扰性能突出,此外,还能够作为中转站交互干扰信号.一般来说,对于干扰较大的环境,会采用隔离变压器和滤波设备组合的设计模式,在选型时还要依照对应的标准数据.
（3）对于变送器和其他外接电气组件的供能,要控制好电容值,选择隔离效果达标的设备,消除信号干扰.
（4）针对部分重要等级较高的系统来说,需要确保电网运行的连续性,因此要利用好不间断电源保证持续供能.
4、5 提高PLC控制系统的辐射抗干扰能力
（1）对于PLC系统的内部结构来说,可以利用电路感应消除干扰.
（2）提高系统的网络覆盖区域,以此来提升抗干扰能力.这是由于辐射大小同生产环境密切相关,对应的电磁场也不尽相同.
因此,可以选用屏蔽线路来对系统进行保护,尤其是在雷电影响较大的现场.
纵观当前工业领域的发展,不难发现PLC系统的地位不断提升,所以系统的稳定性也成为了主要的研究方向.因为系统常常设置在强电系统周边,电磁干扰较为严重,所以怎样消除干扰影响已然是摆在PLC系统面前不可忽视的难题,这也成为可靠性是否达标的关键所在.
（3）当干扰源经由不同途径作用到PLC系统之上,就会产生负面影响,实际中的干扰类型较多,可以分成内部和外部两个方面.内部干扰大多是系统自身组件存在噪声以及摆放不合理造成的,通过下述方式可以消除：
①为供能模块加设隔离变压装置或直接采用UPS提供电能;
②尽可能采用抗干扰能力较强的组件,减少相互影响;
③确保线路连接的标准.PLC系统在实际运行过程中会受到严重的外界干扰,通常有以下两个方面：静态电磁辐射和电气干扰.
其中电磁辐射是由于生产环境中的电磁场出现静电感应现象,本质上是因为分布的电磁场同环境中的导体相互作用后带动电荷移动,主要干扰源为静电场和雷达等辐射较大的设备.通常可以利用隔离变压装置和屏蔽线路进行系统优化.
（4）电气干扰是由线路连接所引起的,不管是电源线路还是信号线路均会引起PLC系统出现传导干扰.
①从实际运行来说,PLC系统中的监控模块和输出对象均散布在生产环境的不同区域,各个信号都需要经由线路传送到系统的控制部分,如果交互通道所处的环境中电气设备频繁启停,线路间就会出现辐射,进而影响系统运行.一般来说,该类干扰大多存在于两个输入模块以上的系统之中.
②PLC系统配备有不同的接地位置,且相互之间存在电位差值,一旦遭遇雷击等情况,地环电流会迅速增大.
5.传导干扰的抑制技术
传导干扰作为生产环境中最核心且影响最大的干扰模式,需要有效控制,这就要求从初期设计、装设调试以及运行维护等环节进行优化,或是切断传播路径来降低干扰,通常会从线路铺设方案和电缆选型两个方面着手分析.
5.1 正确选择和敷设电缆
5、1.1 电缆选择
设计PLC系统的线路方案时,期望控制好磁场干扰,一般会利用屏蔽线和双绞线进行优化,并采用特殊光缆降低传导影响.
5、1.2 PLC柜内外的电缆敷设
实际铺设电缆线路的过程中,需要考虑相互之间的影响,合理布置线路才可以满足预期目标,特别是对于变频设备来说,由于辐射影响较为明显,要将连接的电缆线路分类铺设在不同位置,并控制好间距大小.如果必须将信号线路和动力电缆铺设在相同位置时,就需要借助金属板进行隔离,防止影响扩大.
5、2 工业控制系统中,设计接地措施的意义
5、2.1 提高安全性
5、2.2 降低干扰影响
实际运行过程中,常常将保护线路和屏蔽线路放置在同一柜内,并经由接地电缆和系统控制地联通.
①控制地（0V）可浮空
设计的PLC系統中通常大多选用浮空接地模式,也就是0V不接地设计,主要优势在于防止由电焊设备工作时产生的电流造成干扰,保证组块的稳定运行.但不足之处在于0V信号会出现明显的电位差,影响正常工作.
②控制地（0V）与PE地共用
部分PLC系统选用控制地和PE地共存的模式,该方案无需配置0V接地,成本投入较少,其0V信号能够输送到PE箱内,防止出现感应干扰.但该模式难以消除实际环境中原有的电流干扰,甚至会出现PLC系统损坏的问题,一旦浪涌电流控制不当就会烧坏组块.
③控制地（0V）与PE地分别接地
将控制地和PE进行分离的设计模式主要是在PLC系统中加设独立的接地线路,同工厂直接交互.
该模式不仅可以消除生产环境中的电流影响,还能完成0V信号的等电位联通,其抗干扰能力较强,但由于组件较多,难以控制成本投入.
④不同信号线路的屏蔽电缆均需要有效连接在PE接地端,结合具体情况,为电气控制系统和生产环境配备接地端子柜,依照预期的线路设计方案,在接地箱内进行整合.
从实际工业生产环境来看,导致PLC无法稳定运行的干扰类型较多,同时抵抗干扰的方式也不尽相同.本文主要针对目前系统中主要的线路干扰,即传导干扰展开论述,综合长期积累的工程经验对线路设计和接地方案进行改进,为PLC系统的抗干扰优化提出宝贵意见,显著提升了PLC系统实际运行的稳定度.
6.结束语
综上所述,科学技术的进步是以经济为基础,同时经济水平的提升也要依赖于科学技术的前行,所以各个领域都要以科技能力提升和经济发展为目标.电气领域首当其冲,由于实际生产过程中会选用诸多先进技术和电力装置,而PLC系统就是其中不可缺少的一部分.但从实际运行情况中不难发现,PLC系统因为自身组件不兼容以及外部干扰严重,导致运行常常出现异常情况,所以要针对PLC系统的干扰进行深入研究,做好抗干扰措施,为工业生产奠定良好基础.
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plc和plc系统引用文献:
[1] plc和plc系统论文写作技巧范文 plc和plc系统本科论文开题报告范文2万字
[2] plc和plc系统专科开题报告范文 关于plc和plc系统类论文范文集2万字
[3] 干扰自考毕业论文范文 关于plc和plc系统相关开题报告范文3000字
