单片机PLC控制系统抗干扰能力途径探究

2022-11-21刘成芳

黑龙江科学 2022年18期

刘成芳

(山东华宇工学院，山东德州 253034)

各种电子产品的相继出现对单片机提出了更高的要求，因此需提升单片机处理效率和抗干扰效果。分析PLC控制系统的抗干扰能力非常有必要，因为PLC控制系统发挥着重要的作用，其应用也越来越广。单片机利用PLC功能可以完成通信，清楚地在界面显示工作状态，也可以设置相应的具体数据内容。尽管PLC控制系统在单片机中应用较广，但也存在着一些问题，特别是受到了较多干扰因素的影响，对PLC控制系统的抗干扰能力产生了一定的影响，因此需提出合理有效的抗干扰对策，促进单片机的发展。

1 单片机PLC控制系统的干扰因素

单片机PLC控制系统受到的干扰较多，主要包括以下几个方面：

1.1 电源波形的畸变干扰

多数电网设施中包括PLC控制系统，其主要应用电力半导体零件，如GRT等，工作过程中容易出现噪声等情况，这使得PLC控制系统会发生一定的变化，从而造成电源波形畸变，由电源线路直接对控制系统产生干扰。

1.2 电路耦合干扰

具体工作过程中，面对PLC接地点，如果出现选择不恰当或接地不清楚的情况，会导致回路出现耦合现象，引起电流干扰。

1.3 输入元器件触点的抖动干扰

工作中出现明显的震动对于PLC控制系统是极为不利的，这会造成输入元器件触点的抖动，出现抖动的位置大多是常闭触点，如果进行错误引导，则会形成对PLC控制系统的干扰。

1.4 电容性和电感性干扰

电容性干扰不是干扰源直接引起的，而是分散的电容耦合造成了对PLC控制系统的干扰。电感性干扰是由干扰源产生的一种交变磁场，对控制系统的元件耦合会直接造成影响。

1.5 波干扰

人们周围环境存在电磁场，其受到雷达、智能电话的影响，会对PLC控制系统造成一定的干扰，不仅如此，传导波也会对PLC控制系统造成一定的波干扰。

2 提升单片机PLC控制系统抗干扰能力的途径

PLC控制系统中，要将设施和其他装置有效连接，其工作过程中产生的频率高、电压低及现场环境将产生多种干扰。因此必须考虑到影响PLC控制系统的所有干扰因素，对软件和硬件同时进行分析，有效缓解对控制系统产生的干扰，从而确保其安全性和可靠性，达到更好的效果。

2.1 制定合理的硬件设计方案，加强抗干扰能力

单片机PLC控制系统中，硬件是提高抗干扰能力的主要方法，制定有效的设计方案可以最大程度地避免PLC控制系统受到干扰，确保控制系统有一定的阻挡能力。为了达到这一效果，要采取相关措施有效提高抗干扰能力，包括控制干扰源、切断电磁干扰的传播渠道、完善装置系统，要重视设计过程，科学利用电源，合理选择接地点，对相关内容进行合理设计，加强控制系统的抗干扰能力。

2.1.1 采用优良电源

电源在一定程度上决定着系统的抗干扰能力，部分工作人员不注重细节，为了操作方便经常会直接引入电网，导致电源受到一定的干扰。选择电源对隔离性能有一定的要求，实际工作中，可以将PLE电源和相应的设施分别完成配线，有效降低对电源产生的干扰。根据不同情况采取具体措施，尽可能避免PLC控制系统受到较强的干扰[1]。如果电源受到的干扰较为严重，可以利用隔离变压器供电来解决，设置相应的设施阻挡交直流的侵入，避免控制系统中的电源传出噪声。要想提高抗干扰能力，可以尝试将屏蔽层和PLE同时进行连接。可以采用分离供电系统，使控制器和其他系统由变压器完成供电，与总电源分离，不能产生交集。使用交流电源时，如果出现设施容量大、电压受到影响的情况，可以选择适当的位置加入稳压电源，确保电源正常运行。使用UPS能够确保在断电情况下继续为控制系统供电，有效解决控制系统的供电问题，提升PLC控制系统的抗干扰能力。

2.1.2 建立准确的接地系统

面对不同的情况，要选择适合准确的接地系统，以有效减少电磁干扰。选择接地的原因是考虑到安全和预防干扰，接地方式主要有浮地、直接接地和电容接地，不同系统要应用不同的接地方法。单片机PLC控制系统一般选择直接接地的方式，以达到抗干扰效果[2]。进行系统接地时要考虑多方面的因素，确保装置信号间的频率处于同一环境下，要在接线过程中做到一点接地和串联。集中接地方式和以上方式有所不同，主要选择并联一点接地方式，在柜体接线位置要单独布线，如果中间差距过大，要及时改变方式。接地过程中要合理选择接地线，通常是铜母线等接地线，确定中心接地点后，直接完成连接。

2.1.3 提出有效的输入、输出配线方法

有效输入、输出配线能够避免单片机PLC控制系统受到干扰，应对此予以重视。实际操作中可以采取以下措施：布线过程中尽可能地将布线操作分开进行。控制系统中有着多种不同的线，应按相关要求将线合理分开布线[3]。对于开关量和模拟量信号线而言，也应采用分开布线方法。布线过程中，模拟量信号线一般是以屏蔽线为主，并进行接地，数字传输线也是同样的布线方式。双绞线可以消除噪声，布线过程中要考虑到电流方向和其他因素。选择类型时，大多应用晶体管，但其容易出现漏电情况，要提前准备适合的材质，在输出、输入端解决，以并联旁路电阻的方式控制电流。进行输入和输出配线时，要避免输入信号受到干扰，对控制器选择性地应用具体信号，以免损坏相关构件。要正确认识和应用直流信号和交流信号，对于输出信号而言，在负载前后要接入吸收器和二极管，要正确分辨负载场合，有效进行接入。

2.1.4 采用科学的电缆敷设方式

合理应用电缆敷设方式能够减少一定的电磁干扰。实际操作过程中，采用电缆应根据具体的信号类型进行传输，敷设过程要有序进行，根据信号种类完成敷设，按照相关要求和规定工作。如果采用同电缆的不同导线进行传输，会拉近信号和电缆之间的距离，造成电磁干扰。为了有效解决这一问题，实际施工过程应严格要求敷设电缆的数量，确定一定的层数，相继进行敷设，敷设时要考虑硬件设施，防止电磁干扰。

2.1.5 减小空间电磁辐射的干扰

应用PLC控制系统时，要充分考虑系统内电路的干扰因素，尽量避免其接触到电磁炉等容易产生干扰的环境。如果无法做到有效避免接触环境，可尝试利用金属盒对其处理，对金属盒进行相应的设计，满足一定的空间要求，使其有效进行散热和通风，抑制其对单片机PLC控制系统的干扰。

2.1.6 采用光电隔离技术

光电隔离技术主要是发挥光电耦合器的作用，对输入、输出渠道与中心位置做到分开隔离，具体表现形式是光电耦合器能够将产生的信号通过内部构件使其成为光信号，将其转化为电信号，进一步使输入、输出信号进行相应的电隔离，有效提升单片机PLC控制系统的抗干扰能力。根据光信号的作用，完成信号的顺利传输，使其应用更广[4]。

2.2 进行合理的软件设计

工作过程中必然会受到一定的干扰影响，应制定相应的措施有效预防干扰影响。PLC控制系统中，应科学合理地设计软件，避免造成干扰，通过对系统的抗干扰处理，提高相应的抗干扰能力。分析软件构造的可靠性，进行数字滤波，在一定时间内预防干扰，按时对参考位置进行考查，防止出现电位漂移的情况，合理利用信息冗余技术。PLC控制系统中，零件较多，如定时器等，可以尝试不同的思路控制干扰能力，从这些零件入手，屏蔽错误的信号，防止输出有误信号，逐步提升控制系统的抗干扰能力。

2.2.1 屏蔽可能出现的错误信号

具体工作过程中产生的电磁是较为复杂的，仅凭借硬件设施无法有效提升干扰能力，还需制定相应的软件措施。PLC控制系统中，循环过程中大多数物质是多变的，但也有相对静止的，如在一些环节中时间是固定的，且发出不变的信号[5]。具体工作过程中，可以利用这一特征提出相应的措施，完成对定时器数据信息的搜集，及时屏蔽可能会出现的错误信号。同时，要在有效时间内进行，一般是在打开开关时进行搜集。

2.2.2 利用时间检测提示

机器设施在进行工作时所花费的时间是固定的，遇到特殊情况也不会发生较大改变。可以适当参考这些时间，对控制器及时发出信号，当外部结构开始工作时，要将定时器打开，设置相关参数，正常情况下，设置的参数要比原先的工作时间长，所占比例应根据具体情况设定[6]。

2.2.3 有效消除触点可能存在的抖动干扰

PLC控制系统会受到不同程度干扰的影响，一些输入元件在接地后，在一定时间内对触点会产生相应的作用，导致发生不同时间内的抖动情况，这种情况的出现会直接导致传出错误信号，应有效消除触点可能存在的抖动干扰。

2.2.4 可利用的相关技术

应用数字滤波技术。此技术和硬件设施功能较为接近，实际工作过程中采用具体方法，如平均法、取舍法等，以起到一定的作用。

进行软件冗余。为了确保安全性和可靠性，必须保证每个构件的稳定性，要达到2次以上重复开关的操作动作。

设定软件陷阱。这是将失去作用的程序完成恢复，使之处于起始状态。一般情况下是利用NOP或跳转方式完成软件陷阱的设置。比如，在没有应用过的空间单元内执行数个操作指令，如果程序失去作用，当PC对准这些空间单元时则是进行软件陷阱，进行多次不同的动作后，程序会根据可利用的环节自动跳转到需要的位置或自动运行。正常情况下，软件陷阱并不会对系统产生不利影响，设定软件陷阱能够提升PLC控制系统的可靠性。

数据备份是比较常见的，为了确保控制系统的稳定性，要将多个单独的存储器进行更为细化的信息内容备份，充分利用数据存储器多空间的优势完成数据存储和备份。存储和备份过程要以抗干扰能力为前提，坚持数据安全的基本原则，确保在一定时间内完整地对数据进行存储和备份，要根据存储器的实际情况合理利用，避免备份过程出现问题，以严谨和负责的态度合理设计软件，维护软件系统安全。