可控制編程系統(tǒng)(PLC)作為工業(yè)自動(dòng)化中的主流控制產(chǎn)品，自誕生至今已經(jīng)半個(gè)世紀(jì)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制領(lǐng)域已有翻天覆地的變化，PLC在性能、功能、易用性和產(chǎn)品形態(tài)等方面已經(jīng)經(jīng)歷了五代變革。今天我們就來談?wù)勱P(guān)于PLC難題的解決辦法。

PLC是一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入輸出控制各類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

一、抗干擾問題

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛，它的可靠性也直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。

要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力;另一方面，要求工程設(shè)計(jì)、安裝施工和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。

【干擾源及干擾一般分類】

影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源一樣，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動(dòng)的部位就是噪聲源，即干擾源。

干擾源通常按干擾產(chǎn)生的原因、噪聲干擾模式和噪聲的波形性質(zhì)的不同劃分。

1.按噪聲產(chǎn)生的原因不同：放電噪聲、浪涌噪聲、高頻震蕩噪聲

2.按噪聲的波形、性質(zhì)不同：持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲

3.按噪聲的干擾模式不同：共模干擾、差模干擾

其中共模干擾和差模干擾是一種比較常見的分類方法。共模干擾是型號(hào)對(duì)地的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)線上感應(yīng)的共態(tài)(同方向)電壓迭加所形成、共模電壓有時(shí)比較大、特別是采用隔離性能差的配電器供電室，變送器輸出信號(hào)的共模電壓普遍較高，有的可高達(dá)130V以上。

共模電壓通過不對(duì)稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測(cè)控信號(hào)，造成元器件損壞，這種共模干擾可為直流，也可以是交流。

差模干擾是指作用于信號(hào)兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場(chǎng)在信號(hào)間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓，這種直接疊加在信號(hào)上，直接影響測(cè)量與控制精度。

【電磁干擾的主要來源】

1.來自空間的輻射干擾

空間的輻射電磁場(chǎng)(EMI)主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達(dá)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾。

主要通過兩條路徑干擾：

1)直接對(duì)PLC內(nèi)部的輻射，郵電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾

2)對(duì)PLC通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路的感應(yīng)引入干擾

輻射干擾與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的的電磁場(chǎng)大小，特別是頻率有關(guān)，一般通過設(shè)置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護(hù)。

2.來自系統(tǒng)外引線的干擾

主要通過電源和信號(hào)線引入，通常稱為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較嚴(yán)重。

1)來自電源的干擾

實(shí)踐證明，因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多，后更換隔離性能更高的PLC電源，問題才得以解決。

PLC電源通常采用隔離電源，但其機(jī)構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實(shí)際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，絕對(duì)隔離是不可能的。

2)來自信號(hào)線引入的干擾

與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。

此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視;

二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾，這是很嚴(yán)重的。

3)來自接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾

接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾;而錯(cuò)誤的接地，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。

PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對(duì)PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。

3.來自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾

主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射及其對(duì)模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于PLC制造廠對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)的內(nèi)容，比較復(fù)雜，作為應(yīng)用部門是無法改變，可不過多考慮，但要選擇具有較多應(yīng)用實(shí)績(jī)或經(jīng)過考驗(yàn)的系統(tǒng)。

【抗干擾設(shè)計(jì)】

1.設(shè)備選型

在選擇設(shè)備時(shí)，首先要選擇有較高抗干擾能力的產(chǎn)品，其包括了電磁兼容性(EMC)，尤其是抗外部干擾能力，如采用浮地技術(shù)、隔離性能好的PLC系統(tǒng);其次還應(yīng)了解生產(chǎn)廠給出的抗干擾指標(biāo)，如共模擬制比、差模擬制比，耐壓能力、允許在多大電場(chǎng)強(qiáng)度和多高頻率的磁場(chǎng)強(qiáng)度環(huán)境中工作;另外是靠考查其在類似工作中的應(yīng)用實(shí)績(jī)。

2.綜合抗干擾設(shè)計(jì)

主要考慮來自系統(tǒng)外部的幾種如果抑制措施，主要內(nèi)容包括：對(duì)PLC系統(tǒng)及外引線進(jìn)行屏蔽以防空間輻射電磁干擾;對(duì)外引線進(jìn)行隔離、濾波，特別是原理動(dòng)力電纜，分層布置，以防通過外引線引入傳導(dǎo)電磁干擾;正確設(shè)計(jì)接地點(diǎn)和接地裝置，完善接地系統(tǒng)。另外還必須利用軟件手段，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。

【主要抗干擾措施】

1.采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾

在PLC控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。電網(wǎng)干擾串入PLC控制系統(tǒng)主要通過PLC系統(tǒng)的供電電源(如CPU 電源、I/O電源等)、變送器供電電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進(jìn)入的。

現(xiàn)在，對(duì)于PLC系統(tǒng)供電的電源，一般都采用隔離性能較好電源，而對(duì)于變送器供電的電源和PLC系統(tǒng)有直接電氣連接的儀表的供電電源，并沒受到足夠的重視，雖然采取了一定的隔離措施，但普遍還不夠，主要是使用的隔離變壓器分布參數(shù)大，抑制干擾能力差，經(jīng)電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。

所以，對(duì)于變送器和共用信號(hào)儀表供電應(yīng)選擇分布電容小、抑制帶大(如采用多次隔離和屏蔽及漏感技術(shù))的配電器，以減少PLC系統(tǒng)的干擾。

2. 電纜選擇的敖設(shè)

不同類型的信號(hào)分別由不同電纜傳輸，信號(hào)電纜應(yīng)按傳輸信號(hào)種類分層敖設(shè)，嚴(yán)禁用同一電纜的不同導(dǎo)線同時(shí)傳送動(dòng)力電源和信號(hào)，避免信號(hào)線與動(dòng)力電纜靠近平行敖設(shè)，以減少電磁干擾。

3.硬件濾波及軟件抗如果措施

信號(hào)在接入計(jì)算機(jī)前，在信號(hào)線與地間并接電容，以減少共模干擾;在信號(hào)兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。

4.正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)

接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。

信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號(hào)側(cè)接地;不接地時(shí)，應(yīng)在PLC側(cè)接地;信號(hào)線中間有接頭時(shí)，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，一定要避免多點(diǎn)接地;多個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)的屏蔽雙絞線與多芯對(duì)絞總屏電纜連接時(shí)，各屏蔽層應(yīng)相互連接好，并經(jīng)絕緣處理。

二、提高運(yùn)行效率

1.根據(jù)工程實(shí)際需求，進(jìn)行功能塊規(guī)劃

編寫子程序在PLC中子程序是為一些特定的控制目的編制的相對(duì)獨(dú)立的程序。執(zhí)行子程序調(diào)用指令CALL等，如果條件不滿足子程序調(diào)用時(shí),程序的掃描就僅在主程序中進(jìn)行，不再去掃描這段子程序,這樣就減少不必要的掃描時(shí)間。

2.用字或雙字?jǐn)?shù)據(jù)傳送給DO點(diǎn)方法來控制輸出

在PLC的應(yīng)用中通常都會(huì)有大量的輸出控制，用字或雙字?jǐn)?shù)據(jù)傳送給DO點(diǎn)方法來控制輸出可以提高速度，只要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求，合理分配輸出地址，變換控制輸出控制字，可以大大減少PLC程序執(zhí)行的步數(shù)，從而加快PLC的程序運(yùn)行速度。

3.脈沖觸發(fā)SET、RESET

PLC中，使用SET指令只執(zhí)行一次即可，不必每次掃描都執(zhí)行這個(gè)指令，很適合與脈沖輸出(PLS/PLF)指令配合使用。有些工程人員忽視了這個(gè)問題，使用了常規(guī)的方法來驅(qū)動(dòng)SET指令，無意中增加了PLC程序掃描運(yùn)行時(shí)間。

審核編輯：湯梓紅