探析自動化控制系統(tǒng)的抗干擾設計-PLC研究論文

摘要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)化進程加快。自動化控制模式已廣泛運用于現(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、通訊計算功能的新一代自動控制裝置已廣泛的運用于機械工業(yè)。本文主要介紹自動化控制系統(tǒng)的主要干擾源，進而針對這些干擾提出幾點切實可行的措施。

關鍵詞：自動化控制系統(tǒng)；抗干擾；設計；應用

一、引言

PLC是一種基于微型計算機技術發(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、適應環(huán)境能力強的特點，所以廣泛運用于先進的控制制造產(chǎn)業(yè)。隨著技術的不斷完善與發(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)在設計之初就加強了其干擾能力，但是當其處于惡劣的電場或磁場等環(huán)境之中，仍會出現(xiàn)比較嚴重干擾。因此，要提高其工作效率，應該加強自動控制系統(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)實的PLC使用情況看，PLC在工作中，周圍的電磁場對PLC設備的干擾比較的嚴重，其次還有噪聲、操作等的干擾。這些都是PLC在實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。

由于工作當中電流的變化，使得產(chǎn)生感應電流，造成一定的電輻射。這對于電子通訊設備的干擾非常的大。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)生感應電流。這些產(chǎn)生的感應電流通過電網(wǎng)的傳輸線傳送至PLC控制系統(tǒng)的電源開關。因此，使得控制系統(tǒng)不能正常的工作。嚴重的話，還會造成設備失靈，設備內(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重的制約儀器設備的正常工作。在實際中，出現(xiàn)的錯亂接地，很容易造成設備的數(shù)據(jù)傳輸準確度下降，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)在使用當中常見的干擾源。其主要來自于一些通訊設備、電子設備、雷電、雷達等。當PLC處于這種空間輻射的環(huán)境時，這些來自設備和自然產(chǎn)生的電磁輻射對PLC系統(tǒng)內(nèi)部電子設備產(chǎn)生產(chǎn)生感應電流。由于設備內(nèi)部有些部件的可容電流量極小，這些產(chǎn)生的感應電流遠大于其承受力，在這種情況下，往往出現(xiàn)設備燒壞或無法正常工作的現(xiàn)象。PLC控制系統(tǒng)在工作進行中，還具備通訊功能。當空間輻射國強時，通訊設施的通信線路產(chǎn)生感應電流，使得通訊功能下降甚至不能進行，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，電子設備運用廣泛。如雷達、手機、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。當控制系統(tǒng)在工作中，遇到較強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)的準確、有效傳輸影響很大。嚴重時，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。變頻器主要運用于微電子技術，是一種可以改變電源頻率的控制設備?；谧冾l器的工作原理，其在運行當中產(chǎn)生的電感會造成供電電網(wǎng)的電流改變，使得進行供電的電流不適合控制系統(tǒng)的實際需求量。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)中的電子設備正常運轉。

（六）來自自身的電子設備的干擾。作為PLC系統(tǒng)電子設備，當其內(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，對各零件的兼容設計不足時，都會使得設備在使用中出現(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備十分的精細，一次失誤的操作都可能造成嚴重的設備損傷，使得整個的控制系統(tǒng)不能正常的運轉。在實際中，由于不當?shù)牟僮?，還可能出現(xiàn)短時間的控制系統(tǒng)死機的情況，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)濟損失。

三、基于上述干擾的幾點措施

PLC控制系統(tǒng)的可靠度，直接制約機械產(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抗干擾措施，來加強PLC控制系統(tǒng)在工作中的可靠度。

（一）抗電源干擾措施。其實，PLC控制系統(tǒng)本身就有較強的抗干擾能力。在一般的情況下，只需將PLC電源和其他設備的線分開處理，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電流的產(chǎn)生，因此能夠有效的減少感應電流的產(chǎn)生，就可以減少感應電流帶來的損害。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電流帶來的損害。因此，建議對控制電源采用多層次單獨隔離甚至屏蔽的做法，這樣就可以很好的減少感應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，應該采用不同于普通的供電模式對PLC控制系統(tǒng)供電，來保障提供高質量的電力。

（二）抗接地混亂的干擾措施。針對這一干擾，應該要明確控制系統(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)中的各設備數(shù)據(jù)線及電源線應該合理的分開鋪設，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)地點的距離，理論上接地點的距離要在10厘米以上。這樣就可以很好的解決因為混接造成的干擾。

（三）抗變頻器干擾措施。變頻器的干擾因素主要是由于其實際的工作原理造成。所以，從源頭找解決的方式不太理想，應該針對變頻產(chǎn)生的感應電流波，盡量的減少輸出的感應點波，從而對輸出端的處理，是這一干擾源解決的關鍵。在實際情況下，一般使用輸出電抗器或過濾器來減少變頻器因為變頻造成的感應電流。實際上，這種措施不能從根源上解決這一干擾源，只能最大的減弱。即使在實際中，增加了以上防范措施，但是還有一定的感應電流，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。

（四）抗空間輻射干擾的措施。從實際情況看，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，我們可以加強控制系統(tǒng)中設備的抗干擾能力，諸如在設計中盡量的減少設備對自然磁場的感應，甚至還可以通過切斷自然磁場的傳播來較少其干擾?？臻g的輻射還來自雷達、手機等電子設備，因此，在控制系統(tǒng)工作的環(huán)境中避免不必要的電子設備和通訊工具的使用。針對，因為空間的輻射造成的感應電流，可以使用濾波器，減少感應電流波對設備的影響。基于現(xiàn)在的光纖技術的快速發(fā)展，一些PLC的制造商使用光纖技術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，應該避免在工作當中帶進諸如手機、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）針對設備自身電子設備的干擾。對于這一干擾源的產(chǎn)生，來源于設備工作中的輻射。因此，可以在設計時，針對設備進行合理的處理。對于一些設備，應該應該進行相對獨立的鋪設處理，盡量避免設備間明顯的外部接觸。對于輻射較大的設備，可以進行多層隔離處理，減少和其他設備的接觸。

（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，加強對操作人員的技術培養(yǎng)非常的重要。在操作中，操作人員要嚴格按照操作規(guī)則進行，避免因為疏忽等造成的意外干擾。還有，加強員工的安全意識也是非常的重要。

四、結語

機械自動化控制化系統(tǒng)的發(fā)展，加快了當今工業(yè)的發(fā)展。PLC控制系統(tǒng)作為當今新型的控制系統(tǒng)，有其操作簡單、可靠度高的特點，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雜的工程，在設計、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、準確的工作，還需要不斷的技術創(chuàng)新發(fā)展。

參考文獻：

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

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

[3]李建明；郭紅云.自動化控制系統(tǒng)無線網(wǎng)絡構建設計[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多開關量的抗干擾和容錯設計[J].裝備制造技術；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)在硫酸裝置中的運用[J].硫酸工業(yè)；2005（05）