计算机控制技术 樊丛博 073736227由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“计算机控制技术与应用”。
新疆农业大学
目:
程:
名:
业:
级:
号: 导教师:
课 程 论 文
工业控制系统中应用的PLC抗干扰技术
计算机控制技术
樊 丛 博
电气工程及其自动化
电 气 072
073736227
石 砦
职称: 讲 师
2010 年 11 月 18
日
题课 姓专班学指
工业控制系统中应用的ＰＬＣ抗干扰技术
作者：樊丛博 指导老师：石砦
摘 要：随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，设计人员只有预先了解各种干扰才能有效保证系统可靠运行。PLC控制系统在工业应用中会受到各种干扰，本文对PLC抗干扰技术进行了详细论述，并总结了抑制、消除干扰的常用方法和一些对策。
关键词：PLC干扰类型；抗干扰；PLC系统
Industrial control system of the application of PLC
anti-jamming technique The author：Fancongbo
Guiding teacher：Shizhai Abstract：With the development of science and technology, PLC control in the industry used more and more widely.PLC control system reliability directly affects the safety of industrial enterprises and economic operation, the system of anti-interference ability is related to the reliable operation of the system key.Automation systems of various types used in the PLC, some focused installed in the control room, some at the production site and the installation of electrical devices, most of them in a strong electrical circuit and the formation of strong electric equipment in the harsh electromagnetic environment.PLC control system to improve reliability, the designer only advance knowledge of various kinds of interference can effectively ensure the reliable operation of the system.PLC control system in industrial applications will be subject to all kinds of interference, this interference of PLC technologies were discued in detail and summarizes the inhibition, a common way to eliminate interference and some countermeasures.Key words：PLC interference type；anti-interference；PLC system；
前言：工业控制系统中所使用的各种类型PLC，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，虽然PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置，具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行的稳定性和较高的可靠性，但是由于它直接和现场的I/O设备相连，外来干扰很容易通过电源线或I/O传输线侵入，从而引起控制系统的错误动作。PLC受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。外部干扰与系统结构无关，是随机的，且干扰源是无法消除的，只能针对具体情况加以限制；内部干扰与系统结构有关，主要通过系统内交流主电路，模拟量输入信号等引起，可合理设计系统线路来削弱和抑制内部干扰和防止外部干扰。1 PLC系统的基本组成结构
可编程控制器硬件系统由PLC、功能I/O单元和外部设备组成，如图1所示。其中PLC由CPU、存储器、基本I/O模块、I/O扩展接口、外设接口和电源等部分组成，各部分之间由内部系统总线连接[1]。抗干扰的技术对策分析
为防止干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施。其中，硬件抗干扰是主要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制和消除干扰源，切断干扰对系统的耦合通道，降低系统对干扰信号的敏感性[2]。软件抗干扰技术作为硬件措施的辅助手段，减少随机性信号的干扰，其设计简单、修改灵活、耗费资源少，在PLC测控系统中同样获得了广泛的应用。2.1硬件抗干扰对策
2.1.1电源系统引入的干扰对策
电网的干扰、频率的波动，将直接影响到PLC系统的可靠性与稳定性。如何抑制电源系统的干扰是提高PLC的抗干扰性能的主要环节[3]。
(1)加装滤波、隔离、屏蔽、开关稳压电源系统
滤波器可抑制干扰信号从电源线传导到系统中。使用隔离变压器，屏蔽层要良好接地；次级连接线要使用双绕线(减少电线间的干扰)，隔离变压器的初级绕组和次级绕组应分别加屏蔽层，初级的屏蔽层接交流电网的零线；次级的屏蔽层和初级间屏蔽层接直流端。开头稳压电源可抑制电网大容量设备起停引起电网电压的波动，保持供电电压的稳压。
(2)分离供电系统
PLC的控制器与I/O系统分别由各自的隔离变压器供电，并与主电源分开，这样当输入输出供电断电时，不会影响到控制器的供电。2.1.2接地抗干扰对策
接地是抑制噪声和防止干扰的重要手段，良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力[4]。给PLC接以专用地线可抑制附加在电源及输入、输出端的干扰。接地线与动力设备的接地点应分开，若达不到此要求，则可与其它设备公共接地，严禁与其它设备串联接地。接地电阻要小于5Ω，接地线要粗，面积要大于2平方毫米，而且接地点最好靠近PLC装置，其间的距离要小于50米，接地线应避开强电回路，若无法避开时，应垂直相交，缩短平行走线的长度。2.1.3抑制输入输出电路引入的干扰对策
为了实现输入输出电路上的完全隔离，近年来在控制系统中广泛应用光电耦合。光电耦合器具有以下特点：首先，由于是密封在一个管壳内，不会受到外界光的干扰；其次，由于靠光传送信号，切断了各部件电路之间地线的联系；第三，发光二极管动态电阻非常小，而干扰源的内阻一般很大，能够传送到光电耦合器输入输出的干扰信号就变得很小；第四，光电耦合器的传输比和晶体管的放大倍数相比，一般很小，远不如晶体管对干扰信号那么灵敏，而光电耦合器的发光二极管只有在通过一定的电流时才能发光[5]。因此，即使是在干扰电压幅值较高的情况下，由于没有足够的能量，仍不能使发光二极管发光，从而可以有效地抑制掉干扰信号。
(1)光电耦合输入电路如图2所示。其中(a)、(b)用的较多，(a)为高电平时接成形式，(b)为低电平输入时接成形式。(c)为差动型接法，适用于外部干扰严重的环境，当外部设备电流较大时，其传输距离可达100～200m。(d)考虑到COMS电路的输出驱动电流较小，不能直接带动发光二极管，加接一级晶体管作为功率放大。
图2 光电耦合输入电路
(2)光电耦合输出电路如图3所示。(a)为同相输出，(b)为反相输出，当输出电路所驱动的元件较多时，可以加接一级晶体管作为驱动功率放大，如(c)所示。有时为了获得更好的输出波形，输出信号可经过施密特电路整形。
以上两点是对开关量输入输出信号的处理方法，而对模拟输入输出信号，为了消除工业现场瞬时干扰对它的影响，除加A/D、D/A转换电路和光电耦合外，可根据需要采取软件的数字滤波技术如中值法、一阶递推数字滤波法等算法。2.1.4外部配线的抗干扰设计
外部配线之间存在着互感和分布电容，进行信号传送时会产生窜扰[6]。为了防止或减少外部配线的干扰，交流输入、输出信号与直流输入、输出信号应分别使用各自的电缆。集成电路或晶体管设备的输入、输出信号线，要使用屏蔽电缆，屏蔽电缆在输入、输出侧要悬空，而在控制器侧要接地。配线时在30m以下的短距离，直流和交流输入、输出信号线最好不要使用同一电缆，如果要走同一配
线管时，输入信号要使用屏蔽电缆。30～300m距离的配线时，直流和交流输入、输出信号线要分别使用各自的电缆，并且输入信号线一定要用屏蔽线。对于300m以上长距离配线时，则可用中间继电器转换信号，或使用远程I/O通道。对于控制器的接地线要与电源线或动力线分开，输入、输出信号线要与高电压、大电流的动力线分开配线。2.2软件抗干扰措施
为了提高输入信号的信噪比，常采用软件数字滤波来提高有用信号真实性。对于有大幅度随机干扰的系统，采用程序限幅法，即连续采样5次，若某一次采样支援远大于其他几次采样的幅值，那么就舍取之。对于流量、压力、液面、位移等参数，往往在一定范围内频繁波动，则采用算术平均法[7]。
(1)信号保护和恢复：当偶尔性故障发生时，不破坏PLC内部的信息，一旦故障现象消失，就可以恢复正常，继续原来的工作。
(2)故障诊断：系统软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等，以便及时反映和处理。
(3)加强对程序的检查和校验：一旦程序有错，立即报警，并停止执行程序。
(4)设置警戒时钟WDT：如果程序循环扫描执行时间超过了WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。
2.2.1软件陷阱技术
软件陷阱就是在非程序区设置拦截措施，使程序进入陷阱，即通过一条引导指令，强行将跑飞的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序[8]。常用的陷阱令是：
NOP NOP JMP ERROR 软件陷阱要安排在以下4中地方：未使用的中断向量区、未使用的大片ROM空间、程序中的数据表格区以及程序区中一些指令串中间的断裂处。2.2.2程序运行监控系统(WATCHDOG[9])生产现场难免会出现瞬间的尖峰高能脉冲干扰，使得正在执行的程序跑飞到一个临时构成的死循环中，此时指令冗余和软件陷阱技术就无能为力。这时就得使用程序运用监控技术，强制系统复位，摆脱死循环。
WATCHDOG设定的定时时间略大于程序循环时间，程序每循环一次，定时器时间常数就会刷新一次，若程序出现错误，定时器就不能被刷新而继续计数导致定时中断，中断程序即对主程序进行纠正，使其恢复正常。
PLC控制系统抗干扰措施很多，在实际设计时，应该结合实际情况，采取相应的措施，并认真测试，使控制系统的控制精度符合要求。结论
随着PLC应用范围的逐渐扩大，加之系统恶劣的工作环境，它所要克服的干扰就会越来越多，尽管PLC本机的可靠度很高。但是在系统设计和安装时，仍必须对环境作全面的分析，确定干扰的性质，采取相应的抗干扰措施，以保证系统长期稳定的工作[10]。
参考文献：
[1] 种肇新，彭侃.可编程序控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社，2006.[2] 李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2004.[3] 孙同景.可编程序控制器(PLC)应用技术[M].济南：山东科学技术出版社，2007，06.[4] [http://www.daodoc.com]机电之家·机电行业电子商务平台！
[5] 瞿曌 ,刘文彦 ,邓新中;测试系统中干扰及其形成机理;电子技术应用[J];2002年10期 [6] 谭才彪;姚凯学;刘成业;;PLC控制系统的干扰来源分析和抗干扰设计[J];贵州大学学报(自然科学版);2006年01期 [7] 刘爱琴;微机测控系统中功率接口与抗干扰技术[J];继电器;2003年11期
[8] 刘中鼎,蒋云晨,卫首,张学军;原油在线监测系统的开发[J];计算机测量与控制;2002年07期 [9] Qu Zhao, Wenyan, New Tang;electromagnetic interference shielding of Technology [J];Computer Measurement and Control;2003 03 [10] 林敏，丁金华，计算机控制技术及工程应用[M].北京：国防工业出版社，2008，06
