浅谈单片机PLC控制系统抗干扰能力的途径
2018-05-14贾俊霞
贾俊霞
[摘 要] 随着经济的发展,中国制造业取得了显著的进步,PLC作为其中的重要组成部分,应用范围越来越广泛。为了保证工业设备的安全、高效运行,加强单片机PLC控制系统抗干扰能力势在必行。单片机PLC控制系统是一个十分复杂的问题,因此在分析影响其系统的干扰因素时应广开思路,以便找到提高抗干扰能力的途径。
[关 键 词] 途径;措施;系统
一、影响单片机PLC控制系统的干扰因素分析
单片机PLC是一个控制系统,影响其系统的干扰因素众多,主要表现为以下几点:
1.电源波形畸变干扰
PIE控制系统本身或者电网其他设备采用的电力半导体器件多为GRT、GTO、IGBT等,使得其在工作时产生了一些特别的现象,如高次谐波、噪声、寄生振荡等,这些因素引起了电网电源发生了一系列的变化,产生了波形畸变,通过电源线路对PLC产生了干扰。
2.电路耦合干扰
在实际工作中,PLC接地点选择不当或接地不良的状况时有发生,当发生这种状况时,回路公共阻抗发生耦合产生了电流对PLC产生了干扰。
3.输入元器件触点的抖动干扰
在实际工作中,在现场常会发生一些强烈震动的现象,这就会导致PLC输入元器件触点发生抖动,这种抖动常集中在常闭触点部分,其对PLC来说是一种错误的信号,由此产生了干扰。
4.电容性干扰
在干扰源和干扰对象PLC之间并不是虚无的,而是存在着分布的电容耦合,这对PLC也产生了干扰。
5.电感性干扰
干扰源会产生一种磁场,该磁场也被叫做“交变磁场”,其对干扰对象(PLC)中的电感性元件耦合会产生一定的干扰。
6.波干扰
在人们生活的空间中,存在着电磁场,主要是来源于雷达、电台、移动电话等,其对PLC产生了波干扰。除此之外,传导波的传导电流和传导电压也会对PLC产生波干扰。
二、加强单片机PLC控制系统抗干扰能力的措施
1.确定科学合理的硬件设计方案
硬件是加强单片机PLC控制系统抗干扰能力的重要途径,通过科学合理的硬件设计方案来实现系统抗干扰能力,以保证系统在工业电磁环境中对于内外电磁干扰具有一定的免疫能力。想要实现这一目标,需要从以下几个方面来着手。一方面是重视设计阶段,在该阶段时就要采取措施进行抑制,常用的方法包括三种,分别是抑制干扰源、对电磁干扰的传播途径进行切断或衰减、对装置和系统不断进行调整和完善,以提高其抗干扰能力;另一方面是重视硬件设计,在工作中通过采取合理配置供电电源、对接地地点进行慎重选择、接地方式和输入输出配线也要进行科学设计,以此来提高系统的抗干扰能力。
(1)对电源进行精心选择,以优良电源来加强系统的抗干扰能力。有些工作人员工作时,为了节省时间或不注意细节,往往在采用电源时会使其受到电网引入的干扰。目前,在对PIE系统供电的电源,具有一个共同的特征,即隔离性能较好,之所以如此选择,是因为PLC本身具有较强的抗干扰能力。在工作中,只要将PIE 电源与系统动力设备进行分开配线,就能对抗从电源带来的干扰。这些是普通情况,在实际生活中,其可能会遇到一些特殊情况,此时就需要采取相关的措施来避免或减少这一干扰因素。当电源干扰特别严重时,采用带屏蔽层的隔离变压器供电是抑制这一干扰因素的重要手段,在此基础上,还可以加接线路滤波器,不仅可以抑制交直流电源侵入的常模和共模瞬变干扰,还可以抑制PLC内部开关电源向外辐射噪声。当在实际工作中,想要在有较强干扰源的环境中使用PIE,或对PLC工作有较高的要求时,不妨采用新方法,将屏蔽层和PIE浮动地端子接地。
(2)因地制宜,采用正确的接地系统。在实际工作中,建立正确的接地系统具有重要意义,是加强单片机PLC控制系统抗电磁干扰的重要手段之一,应引起相关工作者的重视。之所以进行接地,主要是源于两个因素的考量,分别是安全和抑制干扰。目前,系统接地方式主要包括三种,分别是浮地、直接接地和电容接地。对于不同的系统,应因地制宜,采用不同的接地方式。对于单片机PLC控制系统来说,其控制装置决定了它在工作中应采用直接接地方式。PIE控制系统接地线并不是随意进行的,而是受信号电缆分布电容和输入装置滤波等因素的影响,使装置信号之间的交换频率往往都处于一个较低的水平,一般不高于1MHz,使得其在接地时采用的接地方式通常为用一点接地和串联一点接地。集中布置的PLC系统采用的接地方式则与上述方式不同,主要采用并联一点接地方式,各装置的柜体中心接地点在引向接地极时,采用单独的接地线。如果装置间距较大时,应转变思路,采用串联一点接地方式。在进行接地时,应对接地线进行科学选择,一般常用的接地线为一根大截面铜母线或绝缘电缆,通过这两种来连接各装置的柜体中心接地点,最后将接地母线与接地极进行连接。
(3)對输入、输出配线方法进行科学设计。对输入、输出配线方法进行科学设计是加强单片机PLC控制系统抗电磁干扰的重要手段之一,应引起相关工作者的重视。在具体实施过程中,可以从这几个方面着手。第一是在进行布线时,应尽量分开布线。在PLC控制系统中,线的种类众多,如PLC电源线、输入信号线、输出信号线、I/0电源线应选择分开布线。开关量信号线与模拟量信号线与上述布线方式相同,依然采用分开布线的方式,在布线时,模拟量信号线采用的线最好是屏蔽线,并且将屏蔽层接地。在布线时,与模拟量信号线采用同样材质和接地方式的线还包括数字传输线。由于双绞线具有独特的特征,即电流方向相反、大小相等,可将电流引起的噪声进行抵消,故它的信号线可以采用两种方式,分别是双绞线或屏蔽线;第二是输入、输出信号具有防错功能。在选择输入、输出类型时,应进行科学选择。如选择的信号源为晶体管,或是输出类型为光电开关时,在关断时往往会出现漏电现象。针对这一现状,急需采用合适的输入、输出信号材质。PIE的输入继电器具有较高的灵敏度,当出现漏电流并超过一定数值时,会形成误信号。同样,当输出元件为VTH(双向晶闸管)或是在采用晶体管进行输出时,如果此时外部负载很小,则会出现微小电流负载的误动,这主要是源于这类输出元件在关断时会产生强大的漏电流,由此导致输入与输出信号的错误,不要小看这一错误,它将会对设备和人造成不良的后果。为了避免上述现象的发生,就需要采用正确的解决方法,即在这类输入、输出端采取措施,通过并联旁路电阻,以减小PLC输入电流和外部负载上的电流。
(4)对电缆敷设方式进行科学设计。为了加强单片机PLC控制系统抗干扰能力,对电缆敷设方式进行科学设计是实现这一目标的重要途径,应引起相关工作者的重视。科学的电缆敷设方式,可以有效减少动力电缆辐射电磁干扰,对于变频装置馈电电缆更是具有得天独厚的优势。在具体施工过程中,对于不同类型的信号应采用不同的电缆进行传输,信号电缆在敷设时,并不是杂乱无章的,而是应按照传输信号种类来进行分层敷设,在分层敷设时,应遵循一定的原则,严禁使用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号,这样可以避免信号与动力电缆过于靠近,减少其产生的电磁干扰。为了达到这一目标,需要采取以下措施:在施工中,敷设电缆的数目是有一定讲究的,一般分4~5层进行敷设和制作桥架。这些层分别为信号电缆、控制电缆、动力电缆、高压电缆。这样的敷设方式从硬件措施上着手,尽量避免和减少了电磁干扰。
2.对软件进行合理设计,以消除电磁干扰的复杂性
在工作中,人们总是怀揣着一种美好的愿望想完全消除干扰影响,而这是不可能达到的。虽说这一目标无法达成,但可以通过诸多措施来尽量减少干扰影响。因此在单片机PLC控制系统的软件设计和组态时,应对软件进行合理设计,通过对这方面的抗干扰处理,使系统的抗干扰能力更上一个新台阶,提高其可靠性。提高软件结构可靠性的措施众多,常用的方式包括:数字滤波和工频整形采样,对周期性干扰具有积极影响;对参考点电位进行定时校正,在此基础上,采用动态零点,可有效防止电位漂移的现象发生;科学运用信息冗余技术来设计相应的软件标志位等。PLC是一个有机系统,其内部软元件众多,如定时器、计数器等,想要提高其抗干扰能力不妨换种思路,从此入手,利用它们来设计一些程序,对输入元件的误信号进行有效屏蔽,以防止输出元件的误动作,使系统的抗干扰能力更上一个台阶。
(1) 对可能出现的错误信号进行科学屏蔽。在现场中,电磁环境有时会异常复杂,如果此时只采用硬件措施,将无法消除干扰的影响。这时,就需要借助软件措施来加以配合。在PLC组成的自动控制系统中,每一次循环中,虽然众多物质都在运动,但也有固定不变的,如各工步的动作时间是不变的,它的不变性也导致行程开关或其他敏感元件,如光电开关也是不变的,它们总是在该工步的同一时刻发出信号。在实际工作中,可根据这一特点来采取措施,通过对两个定时器的采样,来屏蔽其他时间可能发出的误信号也就是干扰信号。在采样时,应注意选择合适的时间,通常是在限定PLC只在该开关正常发信号时进行采样。
(2)对触点可能存在的“抖动”干扰进行科学消除。在单片机PLC控制系统中,外界干扰在所难免,有些输入元件在接通时,会对触点产生影响,使其产生断断续续的“抖动”现象,而这一现象则会引发错误信号的发出。
(3)巧妙利用时间检测提示。机械设备在各自工步动作时,所需的时间往往是固定的,即使偶有变化,也不会变动太大。因此,可以以这些时间为参考,对可编程控制器发出输出信号,此时如果外部执行机构开始时,需要进行一个特别的操作,即启动一个定时器,并設置定时器的比值,通常来说,该比值一般要比该动作的持续时间要长,比例大约为20%左右。
单片机PLC控制系统的干扰并不是由一个或几个因素来组成的,而是一个十分复杂的问题。如今,随着PLC的发展,其应用范围越来越广泛,与之对应的是,它所面临的干扰因素越来越多,越来越复杂。此时,就需要采取多种措施,以有效提高系统的抗干扰能力,使单片机PLC控制系统能够正常运行,为工业设备的安全高效工作奠定扎实的基础。
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[作者单位]陕西省电子信息学校
(编辑:刘莉琴)