探析自動化控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)-PLC研究論文

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程加快。自動化控制模式已廣泛運(yùn)用于現(xiàn)代工業(yè)制造產(chǎn)業(yè)之中。PLC控制器作為一種具有自動化、通訊計(jì)算功能的新一代自動控制裝置已廣泛的運(yùn)用于機(jī)械工業(yè)。本文主要介紹自動化控制系統(tǒng)的主要干擾源，進(jìn)而針對這些干擾提出幾點(diǎn)切實(shí)可行的措施。

關(guān)鍵詞：自動化控制系統(tǒng)；抗干擾；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

一、引言

PLC是一種基于微型計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來的一種新型自動化控制裝置。由于其具有系統(tǒng)簡單多變、使用簡單方便、編程簡單、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)的特點(diǎn)，所以廣泛運(yùn)用于先進(jìn)的控制制造產(chǎn)業(yè)。隨著技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，PLC已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要支柱。

從實(shí)際的各種PLC看，影響其工作效率的主要因素來自于外界對系統(tǒng)的干擾。雖然現(xiàn)代的自動化控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初就加強(qiáng)了其干擾能力，但是當(dāng)其處于惡劣的電場或磁場等環(huán)境之中，仍會出現(xiàn)比較嚴(yán)重干擾。因此，要提高其工作效率，應(yīng)該加強(qiáng)自動控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。自動化控制系統(tǒng)的抗干擾性直接的影響其在生產(chǎn)中的可靠性，從而制約著機(jī)械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

二、影響PLC控制系統(tǒng)的幾大常見干擾源

從現(xiàn)實(shí)的PLC使用情況看，PLC在工作中，周圍的電磁場對PLC設(shè)備的干擾比較的嚴(yán)重，其次還有噪聲、操作等的干擾。這些都是PLC在實(shí)際使用中的主要干擾源。往下我將針對這幾個干擾源逐一展開闡述。

由于工作當(dāng)中電流的變化，使得產(chǎn)生感應(yīng)電流，造成一定的電輻射。這對于電子通訊設(shè)備的干擾非常的大。作為自動化控制系統(tǒng)的PLC，電磁場的干擾主要來源于以下。

（一）來自于電源的干擾?，F(xiàn)代的PLC控制系統(tǒng)的電源都還是傳統(tǒng)的電網(wǎng)式供電。然而電網(wǎng)容易受到外界各種磁場的干擾，造成電流在傳輸?shù)倪^程中發(fā)生改變，改變的電流產(chǎn)生感應(yīng)電流。這些產(chǎn)生的感應(yīng)電流通過電網(wǎng)的傳輸線傳送至PLC控制系統(tǒng)的電源開關(guān)。因此，使得控制系統(tǒng)不能正常的工作。嚴(yán)重的話，還會造成設(shè)備失靈，設(shè)備內(nèi)部零件的損壞。

（二）來自接地混亂的干擾。接地的方法可以很好的改善PLC控制系統(tǒng)中電子設(shè)備對電磁場的兼容性。一般情況下，合理的接地，可以良好的解決電場場的干擾。然而，如果在接地中出現(xiàn)接地混亂的情況，這樣就會加劇外來信號源的干擾，不僅不能很好的解決電場場的干擾，而且由于自身錯接產(chǎn)生的錯位電流磁場也會嚴(yán)重的制約儀器設(shè)備的正常工作。在實(shí)際中，出現(xiàn)的錯亂接地，很容易造成設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確度下降，工作可靠度減小。

（三）來自空間輻射的干擾。這種干擾是PLC控制系統(tǒng)在使用當(dāng)中常見的干擾源。其主要來自于一些通訊設(shè)備、電子設(shè)備、雷電、雷達(dá)等。當(dāng)PLC處于這種空間輻射的環(huán)境時，這些來自設(shè)備和自然產(chǎn)生的電磁輻射對PLC系統(tǒng)內(nèi)部電子設(shè)備產(chǎn)生產(chǎn)生感應(yīng)電流。由于設(shè)備內(nèi)部有些部件的可容電流量極小，這些產(chǎn)生的感應(yīng)電流遠(yuǎn)大于其承受力，在這種情況下，往往出現(xiàn)設(shè)備燒壞或無法正常工作的現(xiàn)象。PLC控制系統(tǒng)在工作進(jìn)行中，還具備通訊功能。當(dāng)空間輻射國強(qiáng)時，通訊設(shè)施的通信線路產(chǎn)生感應(yīng)電流，使得通訊功能下降甚至不能進(jìn)行，對數(shù)據(jù)的有效傳輸產(chǎn)生很大的影響。

（四）來自其他信號的干擾。隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電子設(shè)備運(yùn)用廣泛。如雷達(dá)、手機(jī)、電腦等都會造成控制系統(tǒng)的外來信號干擾。這些外來信號干擾源會影響到PLC控制系統(tǒng)中的信息傳輸功能。當(dāng)控制系統(tǒng)在工作中，遇到較強(qiáng)的外來信號干擾源時，會造成系統(tǒng)的I/O信號不正常工作，這對于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、有效傳輸影響很大。嚴(yán)重時，甚至出現(xiàn)控制系統(tǒng)中，一些精密傳輸零件的損壞。這些都會對系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸上的可靠性產(chǎn)生較大影響，甚至出現(xiàn)數(shù)據(jù)的缺失的嚴(yán)重后果。這樣都大大較小了系統(tǒng)的可靠度。

（五）來自變頻器的干擾。變頻器主要運(yùn)用于微電子技術(shù)，是一種可以改變電源頻率的控制設(shè)備。基于變頻器的工作原理，其在運(yùn)行當(dāng)中產(chǎn)生的電感會造成供電電網(wǎng)的電流改變，使得進(jìn)行供電的電流不適合控制系統(tǒng)的實(shí)際需求量。而且由于電源的頻率發(fā)生改變，使得周圍產(chǎn)生一定的電磁輻射，影響到整個控制系統(tǒng)中的電子設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（六）來自自身的電子設(shè)備的干擾。作為PLC系統(tǒng)電子設(shè)備，當(dāng)其內(nèi)部各部件在正常工作時，都會產(chǎn)生一定的輻射，這樣對其他精準(zhǔn)儀器都會產(chǎn)生一定的影響。如果生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)時，對各零件的兼容設(shè)計(jì)不足時，都會使得設(shè)備在使用中出現(xiàn)人為不可控制的故障。

（七）來自人為的失誤操作的干擾。這一方面的干擾是可避免的，由于現(xiàn)代控制系統(tǒng)的操作都是數(shù)字化。做為一種新型的電子產(chǎn)物，其中有許多的電子設(shè)備十分的精細(xì)，一次失誤的操作都可能造成嚴(yán)重的設(shè)備損傷，使得整個的控制系統(tǒng)不能正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。在實(shí)際中，由于不當(dāng)?shù)牟僮鳎€可能出現(xiàn)短時間的控制系統(tǒng)死機(jī)的情況，這樣就會影響到整個產(chǎn)業(yè)鏈的正常生產(chǎn)，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。

三、基于上述干擾的幾點(diǎn)措施

PLC控制系統(tǒng)的可靠度，直接制約機(jī)械產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。面對上述中存在的諸多干擾源，有針對性的提出幾點(diǎn)抗干擾措施，來加強(qiáng)PLC控制系統(tǒng)在工作中的可靠度。

（一）抗電源干擾措施。其實(shí)，PLC控制系統(tǒng)本身就有較強(qiáng)的抗干擾能力。在一般的情況下，只需將PLC電源和其他設(shè)備的線分開處理，就可以很好的防止來自電源的干擾。由于電源的干擾主要來自于外部感應(yīng)電流的產(chǎn)生，因此能夠有效的減少感應(yīng)電流的產(chǎn)生，就可以減少感應(yīng)電流帶來的損害。一般下，現(xiàn)在的PLC控制系統(tǒng)的電源都采用隔離能力優(yōu)良的電源。然而這種簡單的做法并不能很好要的較少感應(yīng)電流帶來的損害。因此，建議對控制電源采用多層次單獨(dú)隔離甚至屏蔽的做法，這樣就可以很好的減少感應(yīng)電流通過電源帶來的影響。對于目前的供電電網(wǎng)受外界干擾因素多、抗干擾能力差的特點(diǎn)，應(yīng)該采用不同于普通的供電模式對PLC控制系統(tǒng)供電，來保障提供高質(zhì)量的電力。

（二）抗接地混亂的干擾措施。針對這一干擾，應(yīng)該要明確控制系統(tǒng)的具體接地方式，其接地方式主要有直接接地方式、電容接地、浮地接法等幾種方式。而PLC控制系統(tǒng)屬于高速低電壓系統(tǒng)裝置，因此一般采用簡單的接地方式。對于控制系統(tǒng)中的各設(shè)備數(shù)據(jù)線及電源線應(yīng)該合理的分開鋪設(shè)，避免彼此數(shù)據(jù)電源的交錯混亂，對于幾種信號線還要做到屏蔽及接地的處理。在接地的距離上還要注意節(jié)地點(diǎn)的距離，理論上接地點(diǎn)的距離要在10厘米以上。這樣就可以很好的解決因?yàn)榛旖釉斐傻母蓴_。

（三）抗變頻器干擾措施。變頻器的干擾因素主要是由于其實(shí)際的工作原理造成。所以，從源頭找解決的方式不太理想，應(yīng)該針對變頻產(chǎn)生的感應(yīng)電流波，盡量的減少輸出的感應(yīng)點(diǎn)波，從而對輸出端的處理，是這一干擾源解決的關(guān)鍵。在實(shí)際情況下，一般使用輸出電抗器或過濾器來減少變頻器因?yàn)樽冾l造成的感應(yīng)電流。實(shí)際上，這種措施不能從根源上解決這一干擾源，只能最大的減弱。即使在實(shí)際中，增加了以上防范措施，但是還有一定的感應(yīng)電流，然而已是非常的小了，對系統(tǒng)的一些精密儀器損傷可以忽略不計(jì)。

（四）抗空間輻射干擾的措施。從實(shí)際情況看，造成這一干擾源的因素諸多。自然界的打雷、閃電等產(chǎn)生的電場干擾，我們無法避免。但是針對這一緣故，我們可以加強(qiáng)控制系統(tǒng)中設(shè)備的抗干擾能力，諸如在設(shè)計(jì)中盡量的減少設(shè)備對自然磁場的感應(yīng)，甚至還可以通過切斷自然磁場的傳播來較少其干擾。空間的輻射還來自雷達(dá)、手機(jī)等電子設(shè)備，因此，在控制系統(tǒng)工作的環(huán)境中避免不必要的電子設(shè)備和通訊工具的使用。針對，因?yàn)榭臻g的輻射造成的感應(yīng)電流，可以使用濾波器，減少感應(yīng)電流波對設(shè)備的影響?；诂F(xiàn)在的光纖技術(shù)的快速發(fā)展，一些PLC的制造商使用光纖技術(shù)對信息的傳輸和有效隔離。

（五）抗外來信號干擾的措施。PLC控制系統(tǒng)具有信息傳輸功能，因此，外來信號的干擾對信息的傳輸有比較大的影響。針對外來信號由信號線引入造成的干擾。在處理時，可以使用信息過濾器或屏蔽器，過濾掉外來的干擾信號源。屏蔽器的使用可以使得PLC控制系統(tǒng)處于一個較封閉的環(huán)境中，受到外來信號的干擾大大減少。針對操作人員，應(yīng)該避免在工作當(dāng)中帶進(jìn)諸如手機(jī)、廣播等通訊電子產(chǎn)品。這一干擾源的消除還是盡量從源頭上減少輸入外來信號。

（六）針對設(shè)備自身電子設(shè)備的干擾。對于這一干擾源的產(chǎn)生，來源于設(shè)備工作中的輻射。因此，可以在設(shè)計(jì)時，針對設(shè)備進(jìn)行合理的處理。對于一些設(shè)備，應(yīng)該應(yīng)該進(jìn)行相對獨(dú)立的鋪設(shè)處理，盡量避免設(shè)備間明顯的外部接觸。對于輻射較大的設(shè)備，可以進(jìn)行多層隔離處理，減少和其他設(shè)備的接觸。

（七）針對人為的干擾源。這是可以盡量避免的干擾。在解決的過程中，加強(qiáng)對操作人員的技術(shù)培養(yǎng)非常的重要。在操作中，操作人員要嚴(yán)格按照操作規(guī)則進(jìn)行，避免因?yàn)槭韬龅仍斐傻囊馔飧蓴_。還有，加強(qiáng)員工的安全意識也是非常的重要。

四、結(jié)語

機(jī)械自動化控制化系統(tǒng)的發(fā)展，加快了當(dāng)今工業(yè)的發(fā)展。PLC控制系統(tǒng)作為當(dāng)今新型的控制系統(tǒng)，有其操作簡單、可靠度高的特點(diǎn)，而廣泛得到使用。但我們也看到了其存在的一些缺陷，不足之處來源于各種的干擾源。通過對其系統(tǒng)的闡述分析，PLC控制系統(tǒng)干擾處理是一個很復(fù)雜的工程，在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中需要考慮的因素諸多；在工作使用中，一些專業(yè)的素養(yǎng)是必須的。因此，PLC控制系統(tǒng)的更可靠、準(zhǔn)確的工作，還需要不斷的技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃葵.淺談PLC在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科學(xué)之友；2011；16

[2]車仁煒；呂廣明.液壓挖掘機(jī)自動控制系統(tǒng)中的抗干擾設(shè)計(jì)[J].建筑機(jī)械化；2005（03）

[3]李建明；郭紅云.自動化控制系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建設(shè)計(jì)[J].科技傳播；2011；19

[4]陳永輝.MCU軟件抗干擾分析方法[J].工業(yè)儀表與自動化裝置；2008（01）

[5]馬鳴鶴.PLC多開關(guān)量的抗干擾和容錯設(shè)計(jì)[J].裝備制造技術(shù)；2009（01）

[6]沈剛；黃其濤.基于DCS的淀粉生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)[J].控制工程；2011；19

[7]張見.電力綜合自動化控制系統(tǒng)在硫酸裝置中的運(yùn)用[J].硫酸工業(yè)；2005（05）