plc控制系統(tǒng)的抗干擾

1、畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）題 目： plc控制系統(tǒng)的抗干擾問(wèn)題 系 別： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 摘要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，plc在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。plc控制系統(tǒng)抗干擾的可靠性直接影響到工業(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。自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用的各種類型plc，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和各電機(jī)設(shè)備上，它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。所以又必要提高plc控制系統(tǒng)抗干擾的可靠性。 一 概述4二 plc可編程序控制器4 2.1 plc的起源與發(fā)展8 2.2 plc控制系統(tǒng)與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較

2、 8 2.2.1 plc控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較8 2.2.2 plc控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的比較9 2.2.3 plc控制系統(tǒng)與集散型控制系統(tǒng)的比較11 2.3 plc控制系統(tǒng)的組成12 2.3.1 硬件的組成12 2.3.2 軟件的組成 16 24 plc控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)20三 電磁干擾源及對(duì)系統(tǒng)的干擾 223.1 干擾源及干擾一般分類 223.2 plc控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來(lái)源233.2.1來(lái)自空間的輻射干干擾 233.2.2來(lái)自系統(tǒng)外引線的干擾 243.3.3來(lái)自plc系統(tǒng)內(nèi)部的干擾 26四 plc控制系統(tǒng)工程應(yīng)用的抗干擾設(shè)計(jì) 264.1設(shè)備選型 274.2綜合抗干擾設(shè)計(jì) 2

3、7五 主要抗干擾措施 285.1 采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾 285.2 電纜選擇的敖設(shè)285.3 硬件濾波及軟件抗干擾措施295.4 正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)29結(jié)束語(yǔ) 30參考文獻(xiàn) 32致謝 33plc控制系統(tǒng)抗干擾分析 一 概述隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，plc在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。plc控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(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。自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用的各種類型plc，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和各電機(jī)設(shè)備上，它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高plc控制系統(tǒng)可靠性，一方面

4、要求plc生產(chǎn)廠家用提高設(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(wèn)題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。二plc可編程序控制器2.1 plc的起源與發(fā)展 在可編程控制器誕生之前，繼電器控制系統(tǒng)已廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，繼電器控制系統(tǒng)通?？梢钥闯杏奢斎腚娐?，控制電路，輸出電路和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)這4個(gè)部分組成的。其中輸入電路也是由按鈕，行程開(kāi)關(guān)，限位開(kāi)關(guān)，傳感器等構(gòu)成。用已向系統(tǒng)送入控制信號(hào)。輸出電路部分是由接觸器，電磁閥等執(zhí)行元件構(gòu)成，用以控制各種被控制對(duì)象，如電動(dòng)機(jī)，電爐，閥門等。繼電器控制電路部分是控制系統(tǒng)的核心部分。它通過(guò)導(dǎo)線將各個(gè)分立的繼電

5、器，電子元器件連接起來(lái)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施控制；生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)是指被控制的對(duì)象（如電動(dòng)機(jī)等）或生產(chǎn)過(guò)程。 繼電器控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中曾起著不可替代的重要作用，隨著生產(chǎn)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，繼電器控制系統(tǒng)已越來(lái)越難以適應(yīng)，因?yàn)槔^電器控制電路通常是針對(duì)著某一固定的動(dòng)作順序或生產(chǎn)工藝而設(shè)計(jì)的。它的控制功能也僅僅只局限于邏輯控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)等這樣一些簡(jiǎn)單的控制，一旦動(dòng)作順序或生產(chǎn)工藝發(fā)生變化，就必須進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，布線，裝配，和調(diào)試。顯然，這樣的控制系統(tǒng)完全無(wú)法滿足日新月異且競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。這就迫使人們要放棄原來(lái)已占統(tǒng)治地位的繼電器控制系統(tǒng)，研制可以替代繼電器控制系統(tǒng)的新型的工業(yè)

6、控制系統(tǒng)。 出于上述考慮，美國(guó)通用汽車公司（gm）于1968年提出了公開(kāi)招標(biāo)研制新型的工業(yè)控制器的設(shè)想，第二年，即1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（dec）就研制出了世界上第一臺(tái)可編程序控制器。在這一時(shí)期，可編程序控制器雖然采用了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，但實(shí)際上只能完成順序控制，僅有邏輯運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)數(shù)等順序控制功能。所以人們將可遍程序控制器稱之為pcl（programmable logical controller），即可編程序邏輯控制器： 20世紀(jì)70年代末80年代初，微處理器技術(shù)日趨成熟，使可編程序控制器的處理速度大大提高，增加了許多特殊，如浮點(diǎn)運(yùn)算，函數(shù)運(yùn)算，查表等。這樣可編程序控制器不僅可以進(jìn)行

7、邏輯控制，還可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制。因此，美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)nema（national electrical manufacturers association）將之正式命名為pc（programmable controller）。值得注意的是，因?yàn)閭€(gè)人計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱也是pc（personal computer），有時(shí)為了避免混淆，人們習(xí)慣上仍將可編程序控制器簡(jiǎn)稱plc（盡管這是早期的名稱）。本書(shū)采用plc的稱呼。20世紀(jì)80年代后，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器夠成的微機(jī)化可編程序控制器得到了驚人的發(fā)展，使之在概念上，設(shè)計(jì)上，性能價(jià)格比等方面有了重大突破?？删幊绦?/p>

8、具有了高速計(jì)數(shù)，中斷技術(shù)，pid控制等功能，同時(shí)聯(lián)網(wǎng)通信功能也得到了加強(qiáng)，這些都使得可編程序控制器的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。為了使這一新型的工業(yè)控制裝置的生產(chǎn)和發(fā)展規(guī)范化。國(guó)際電工委員會(huì)（iec）制定了plc的標(biāo)準(zhǔn)，并給出了它的定義。 “可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部?jī)?chǔ)存執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等才操作，并通過(guò)數(shù)字式，模擬式的輸入與輸出，控制各類的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)?！?綜上所述，plc是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)

9、算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置。這種裝置具有體積小，功能強(qiáng)，程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，靈活通用，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，特別是它的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，得到了用戶的公認(rèn)和好評(píng)。他經(jīng)過(guò)短短的幾十年發(fā)展后，現(xiàn)在已成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（plc，機(jī)器人和cad/cam）之一，被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械，冶金，化工交通，電力等領(lǐng)域中。 以plc作為控制器的plc控制系統(tǒng)是從根本上改變了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的工業(yè)原理和方式。繼電器控制系統(tǒng)是控制功能是通過(guò)采用硬件接線的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而plc控制系統(tǒng)的控制功能是通過(guò)存儲(chǔ)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不僅可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量控制，還可以進(jìn)行模擬量控制

10、，順序控制。另外，它的定時(shí)和計(jì)數(shù)功能也遠(yuǎn)比繼電器控制系統(tǒng)強(qiáng)很多，一般可以為用戶提供幾十個(gè)甚至上百個(gè)定時(shí)器，計(jì)數(shù)器。隨著計(jì)算機(jī)和通信幾刷的發(fā)展，現(xiàn)代plc控制系統(tǒng)已遠(yuǎn)不是幾十年前的哪個(gè)樣子，plc的控制從早期的單機(jī)控制發(fā)展到多機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)了工廠自動(dòng)化。盡管現(xiàn)在的plc控制系統(tǒng)已發(fā)生了很大的變化，但是從自動(dòng)控制的角度來(lái)看，plc控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上仍有相似之處?，F(xiàn)在以集中型的plc控制系統(tǒng)為例說(shuō)明集中型plc控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上有那些相同和不同之處，這對(duì)初學(xué)者理解plc控制系統(tǒng)的工作原理是有幫助的。集中型plc控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 將兩種系統(tǒng)相比，就會(huì)發(fā)現(xiàn)pcl控制系統(tǒng)與繼電

11、器控制系統(tǒng)輸入，輸出部分基本相同，輸入電路也是由按鈕，開(kāi)關(guān)，傳感器所構(gòu)成：輸出電路也好似由接觸器，執(zhí)行器，電磁閥多構(gòu)成的。不同的是繼電器控制系統(tǒng)在控制線路被plc中的程序代替，這樣一旦生產(chǎn)工藝發(fā)生變化，就只需要修改程序就可以了。正是上述原因，plc控制系統(tǒng)除了可以完成傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)所具有的全部功能外，還可以實(shí)現(xiàn)模擬量控制，開(kāi)環(huán)或閉環(huán)過(guò)程控制，甚至多級(jí)分布式控制。隨著微電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，plc的成本在降低，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)被plc控制系統(tǒng)代替已是發(fā)展的必然趨勢(shì)。2.2 plc控制系統(tǒng)與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較2.2.1 plc控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較 表6plc與繼電器控制系統(tǒng)比

12、較表比較項(xiàng)目繼電器控制系統(tǒng)plc控制系統(tǒng)控制功能的實(shí)現(xiàn)由許多繼電器，采用接線的方式來(lái)完成控制功能各種控制功能是通過(guò)編制的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的對(duì)生產(chǎn)工藝過(guò)程變更的適應(yīng)性 適應(yīng)性差。需要重新設(shè)計(jì)，改變繼電器和接線適應(yīng)性強(qiáng)，只需對(duì)程序進(jìn)行修改控制速度低?？繖C(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)極快。靠微處理器進(jìn)行處理計(jì)數(shù)及其他特殊功能 一般沒(méi)有有安裝，施工 連線多，施工繁安裝容易，施工方便可靠性 差，觸點(diǎn)多，故障多高，因元器件采用了篩選和老化等可靠性措施壽命短長(zhǎng)維護(hù)工作量大，故障不易查找有自診能力，維護(hù)工作量小可擴(kuò)展性困難容易結(jié)論：由于plc控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)相比具有無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此，在今后的控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的繼電器控制系

13、統(tǒng)被plc控制系統(tǒng)所代替是大勢(shì)所趨。2.2.2 plc控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的比較 20世紀(jì)60年代，由于小型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，有人曾試圖用小型計(jì)算機(jī)來(lái)取代當(dāng)時(shí)占統(tǒng)治地位的繼電器控制系統(tǒng)，結(jié)果未獲成功，代只的卻是plc的出現(xiàn)。通過(guò)計(jì)算機(jī)與plc本身的工作目的，原理和方式上都存在著較大的差異，其結(jié)果比較見(jiàn)下表。表7 plc與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)比較表比較項(xiàng)目通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)plc控制系統(tǒng)工作目的科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)管理等工業(yè)自動(dòng)控制工作環(huán)境對(duì)工作環(huán)境要求比較高對(duì)環(huán)境要求低，可在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作工作方式中斷處理方式循環(huán)掃描方式系統(tǒng)軟件需配備功能較強(qiáng)的系統(tǒng)的軟件一般只需要簡(jiǎn)單的監(jiān)控程序采用的特殊措施掉電保護(hù)等一般性措施采

14、用多種抗干擾措施，自診斷，斷電保護(hù)，可在線維修編程語(yǔ)言匯編語(yǔ)言，高級(jí)語(yǔ)言梯形圖，助記符語(yǔ)言，sfc標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言對(duì)操縱人員的要求需專門培訓(xùn)，并具有一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)一般技術(shù)人員，稍加培訓(xùn)即可操作使用對(duì)內(nèi)存的要求容量大容量小價(jià)格價(jià)格高價(jià)格較低其他若用于控制，一般需自行設(shè)計(jì)機(jī)種多，模塊種類多，易于集成系統(tǒng)結(jié)論：一般情況下，在工業(yè)自動(dòng)化工程中采用plc可靠，方便，易于維護(hù)。 進(jìn)入20世紀(jì)70年代，采用微處理器的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)出現(xiàn)了。它與plc共同推動(dòng)著傳統(tǒng)工業(yè)的技術(shù)改造。經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間是實(shí)踐，人們又發(fā)現(xiàn)，plc與一般的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，plc還是有著較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，其原因是plc專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，

15、在plc中采用了如下的硬件和軟件措施： 光電耦合隔離和r-c濾波器，有效地防止了干擾信號(hào)的進(jìn)入。 內(nèi)部采用電磁屏蔽，防止輻射干擾。 采用優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源，防止電源線引入的干擾。 具有良好的自診斷功能可對(duì)cpu等內(nèi)部電路進(jìn)行檢測(cè)，一旦出錯(cuò)，立即報(bào)警。 對(duì)程序及有關(guān)數(shù)據(jù)有電池供電進(jìn)行后備，一旦斷電或運(yùn)行停止，有關(guān)狀態(tài)及信息不會(huì)丟失。 對(duì)采用的器件都進(jìn)行了嚴(yán)格的篩選和簡(jiǎn)化，排除了因器件問(wèn)題而造成的故障。 采用了冗余技術(shù)進(jìn)行一步增強(qiáng)了可靠性。對(duì)某些大型plc還采用了雙cpu構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或三cpu構(gòu)成表決式系統(tǒng)。 隨著構(gòu)成plc的元器件性能的提高，plc的可靠性也在相應(yīng)的提高。一般plc的平均無(wú)故障時(shí)間

16、可達(dá)到幾萬(wàn)小時(shí)以上。某些plc的生產(chǎn)廠家甚至宣布，今后生產(chǎn)plc不再標(biāo)明可靠性這一指標(biāo)，因?yàn)閷?duì)pcl來(lái)講這一指標(biāo)已毫無(wú)意義了。經(jīng)過(guò)大量時(shí)間人們發(fā)現(xiàn)plc系統(tǒng)在使用中發(fā)生的故障大是是由于plc的外部開(kāi)關(guān)，傳感器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)引起的，而不是plc本身發(fā)生的。 另外，plc程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易學(xué)易懂易維護(hù)，更適合于工程技術(shù)人員。因此，plc在工業(yè)控制方面獲得了極大成功，成為工業(yè)控制中的主流。但是必須指出的是：計(jì)算機(jī)在信息處理方面還是優(yōu)于plc，所以在一些自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，常常將兩者結(jié)合起來(lái)，plc做下位機(jī)進(jìn)行現(xiàn)在控制，計(jì)算機(jī)做上位機(jī)信息處理。計(jì)算機(jī)與plc之間通過(guò)通信線路實(shí)現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)換和交換。這樣相輔相成，

17、構(gòu)成一個(gè)功能較強(qiáng)的完整的控制系統(tǒng)。2.2.3 plc控制系統(tǒng)與集散型控制系統(tǒng)的比較 由前所述可知，plc是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的。而集散型控制系統(tǒng)dcs（distribution control system）是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展起來(lái)的分布式控制系統(tǒng)，它在模擬量處理，回路調(diào)節(jié)等方面有一定的優(yōu)勢(shì)。而plc隨微電技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)論在功能上，速度上，智能化模塊以及聯(lián)網(wǎng)通信上，都用很大的提高。并開(kāi)始與小型計(jì)算機(jī)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成了以plc為重要部件的分布式控制系統(tǒng)。隨著plc網(wǎng)絡(luò)通信功能不斷增強(qiáng)，plc與plc及計(jì)算機(jī)的互聯(lián)，可以形成大規(guī)模的控制系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)告訴公路上（da

18、ta highway）掛接在線通用計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)在線組態(tài)，編程和下裝，進(jìn)行在線監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，這樣就已具備了集散控制系統(tǒng)的形態(tài)，加上plc的價(jià)格和可靠性優(yōu)勢(shì)，使之可以與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)相互競(jìng)爭(zhēng)。2.3 plc控制系統(tǒng)的組成 plc控制系統(tǒng)像一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一樣，也是由硬件和軟件兩個(gè)部分組成的，硬件是指plc本身及其外圍設(shè)備，軟件是指管理plc的系統(tǒng)軟件，plc的應(yīng)用程序，編程語(yǔ)言和編程支持工具軟件。 2.3.1 硬件的組成 plc控制系統(tǒng)的硬件是由plc，輸入/輸出（i/o）電路及外圍設(shè)備等組成的。系統(tǒng)規(guī)?？筛鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用的需要而定，可大可小。下面對(duì)構(gòu)成控制系統(tǒng)的主要部分簡(jiǎn)要介紹。 plc

19、系統(tǒng) （1）主控模塊 除了早期生產(chǎn)的整體式plc（plc的各個(gè)不見(jiàn)都在同一機(jī)殼內(nèi)）外，目前市場(chǎng)多數(shù)的plc都已采用模塊化的結(jié)構(gòu)（plc的各個(gè)部件獨(dú)立封裝，稱之為模塊）。在plc中各個(gè)模塊均通過(guò)系統(tǒng)總線相互連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中最核心的模塊是主控模塊（也稱cpu），它包括：cpu，存儲(chǔ)器，通信接口等部分。 cpu：cpu是plc的控制中樞，它由控制器和運(yùn)算器組成。其中，控制器是用來(lái)統(tǒng)一指揮和控制plc工作的部件。運(yùn)算器則是進(jìn)行邏輯，算術(shù)等運(yùn)算部件。plc在cpu的控制下使整個(gè)機(jī)器有條不紊的協(xié)調(diào)工作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)設(shè)備的控制。cpu的具體作用如下：執(zhí)行接受，存儲(chǔ)用戶程序的操作指令。用

20、以掃描方式來(lái)自輸入單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。 執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序。完成數(shù)據(jù)和信息的處理，產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)部控制信號(hào)，完成用戶指令規(guī)定的各種操作。 響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器，打印機(jī)）的請(qǐng)求。 plc中所采用的cpu隨機(jī)型的不同而不同，通常有3種：通用微處理器（如8086，80286，80386等），單片機(jī)芯片，位片式處理器。一般來(lái)說(shuō)，小型plc大采用8位微處理器或單片機(jī)作為cpu，如intel8086，inter96系列單片機(jī)，具有集成度高，運(yùn)算速度快，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。如日本歐姆龍公司生產(chǎn)的omronc200h型plc采用的是motorola公司生產(chǎn)的mc68b09的cpu芯片

21、。這是一種增強(qiáng)型8位微處理器。對(duì)大型plc，大多采用高速位片式微處理器，它具有靈活性強(qiáng)，速度快，效率高的優(yōu)點(diǎn)。 目前，一些廠家生產(chǎn)的plc中，還采用了冗余技術(shù)，即采用雙cpu或三 cpu工作，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)可靠性。采用冗余技術(shù)可使plc的平均無(wú)故障工作時(shí)間達(dá)幾十萬(wàn)小時(shí)以上。 存儲(chǔ)器：plc系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序，用戶程序和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：采用prom或eprom芯片存儲(chǔ)器。它是由生產(chǎn)廠家直接存放的，永久存儲(chǔ)的程序和指令，稱為監(jiān)控程序。監(jiān)控程序和plc的硬件組成與專用部件的特性有關(guān)，用戶不能隨意訪問(wèn)和修改這部分存儲(chǔ)器的程序。 存儲(chǔ)器區(qū)：工作數(shù)據(jù)是plc運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常

22、變化的，需要隨機(jī)存取的一些數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)一般不需要長(zhǎng)久保存，因此采用隨機(jī)存儲(chǔ)器ram。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)包括輸入，輸出數(shù)據(jù)映象區(qū)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器預(yù)置和當(dāng)前數(shù)值的數(shù)據(jù)。 用戶程序存儲(chǔ)區(qū)：用于存放用戶經(jīng)編程器或計(jì)算機(jī)輸入的應(yīng)用程序。一般采用eprom或eeprom存儲(chǔ)器，用戶可檫寫(xiě)重新編程。用戶程序存儲(chǔ)器的容量一般就代表plc的標(biāo)稱容量。通常，小型機(jī)小于8kb，中型機(jī)小于50kb，而大型機(jī)可以在50kb以上。通信接口：主控模塊通常有一個(gè)或一個(gè)以上的通信接口（簡(jiǎn)稱通信口），用以與計(jì)算機(jī)，編程器相連，實(shí)現(xiàn)編程，調(diào)試，運(yùn)行，監(jiān)視等功能。 （2）輸入/輸出模塊 plc的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，它與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)

23、系是通過(guò)i/o模塊實(shí)現(xiàn)的。生產(chǎn)過(guò)程有許多控制變量，如溫度，壓力，液位，速度，電壓，開(kāi)關(guān)量，繼電器狀態(tài)等，因此，需要有相應(yīng)的i/o模塊作為cpu與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的橋梁。且這些模塊應(yīng)具有較好的抗干擾能力。目前，生產(chǎn)廠家已開(kāi)發(fā)出各種型號(hào)的模塊供用戶選擇。對(duì)于輸入/輸出模塊有：數(shù)字量輸入/輸出模塊，開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊，模擬量輸入/輸出模塊，交流新號(hào)輸入/輸出模塊，220v交流輸入/輸出模塊。還有智能模塊，它本身帶cpu，存儲(chǔ)器和監(jiān)控系統(tǒng)，可獨(dú)立完成各種運(yùn)算。智能模塊的種類很多，如高速計(jì)數(shù)模塊，pid調(diào)節(jié)的模擬量控制模塊，閥門控制模塊，智能存儲(chǔ)模塊和智能i/o模塊。 （3）電源模塊 該模塊將交流電源轉(zhuǎn)換

24、成供cpu存儲(chǔ)器所需的直流電源，是整個(gè)plc系統(tǒng)的能源供給中心。它的好壞直接影響到plc的功能和可靠性。目前，大多數(shù)plc采用高質(zhì)量的開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，與普通電源相比，plc的電源工作穩(wěn)定性好，抗干擾能力也強(qiáng)。有些機(jī)器的電源除了供內(nèi)部電路使用外，還向外提供24vdc的穩(wěn)壓電源，用于外部傳感器的需要，這樣就避免了因外部電源不合格而引起的外部故障。i/o電路 plc的基本功能就是控制，它采集被控對(duì)象的各種信號(hào)。經(jīng)過(guò)plc處理后，通過(guò)執(zhí)行裝置實(shí)現(xiàn)控制。輸入電路就是被控對(duì)象（需要進(jìn)行控制的機(jī)器，設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程）進(jìn)行檢測(cè)，采集，轉(zhuǎn)換和輸入。另外，安裝在控制臺(tái)上的按鈕，開(kāi)關(guān)等也可以向plc送控制指令。輸出電

25、路的功能就是接受plc輸出的控制信號(hào)，對(duì)被孔對(duì)象執(zhí)行控制任務(wù)。 plc外圍設(shè)備 plc的外圍設(shè)備很多，但基本功能不外乎對(duì)信息和數(shù)據(jù)的處理。常用的有編程器，可編程終端，打印機(jī)，條碼讀入機(jī)等等。編程器plc的重要外圍設(shè)備之一，它可以將用戶編寫(xiě)的程序送到plc的用戶程序存儲(chǔ)器。因此，它的主要任務(wù)是輸入程序，調(diào)試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行過(guò)程?？删幊探K端是具有i/o功能的plc人機(jī)界面產(chǎn)品。人可以通過(guò)觸摸屏幕將信息輸入plc中同樣可編程終端也可以將plc的輸入數(shù)據(jù)和信息顯示在屏幕上。2.3.2 軟件的組成plc控制系統(tǒng)的軟件主要是系統(tǒng)軟件，應(yīng)用軟件，編程語(yǔ)言及編程支持工具軟件幾個(gè)部分組成。 plc系統(tǒng)軟件與

26、工作過(guò)程 plc系統(tǒng)軟件是plc工作所必須的軟件。在系統(tǒng)軟件的支持西，plc對(duì)用戶程序進(jìn)行逐條的解釋，并加以執(zhí)行，直到用戶程序結(jié)束，然后返回到程序的起始又開(kāi)始新的一輪掃描。plc的這種工作方式就稱之為循環(huán)掃描。值得注意的是在繼電器控制系統(tǒng)中，一個(gè)繼電器的線圈被接通或斷開(kāi)，繼電器的所用觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)）都會(huì)立即動(dòng)作。但在plc中，由于采用的是循環(huán)掃描的工作方式，所用只有掃描到”線圈”的觸點(diǎn)時(shí)，才會(huì)動(dòng)作，沒(méi)有掃描到時(shí)，觸點(diǎn)就不會(huì)動(dòng)。并且plc掃描一次用戶程序的時(shí)間即掃描周期與擁護(hù)程序的長(zhǎng)短和掃描速度有關(guān)，一般為1ms至幾十毫秒?，F(xiàn)以omronp型機(jī)為例來(lái)說(shuō)明plc掃描的工作過(guò)程，如上圖在沒(méi)

27、有掃描之前，plc首先應(yīng)保證自身的完好性。接通電源之后，為消除各元件狀態(tài)的隨機(jī)性，進(jìn)行清零或復(fù)位處理，檢查i/o單元連接是否正確，再執(zhí)行一段程序。使它涉及到各種指令和內(nèi)存單元，如果執(zhí)行的時(shí)間不超過(guò)規(guī)定的時(shí)間范圍，則證明自身完好，否則系統(tǒng)關(guān)閉。上述操作完成后，將時(shí)間監(jiān)視定時(shí)復(fù)位，才允許掃描 用戶程序。 公共操作公共操作是在每次掃描程序前又一次自檢，若發(fā)現(xiàn)故障，除了報(bào)警顯示燈亮之外，還判斷故障性質(zhì)。一般性故障，只報(bào)警不停機(jī)，等待處理；對(duì)于嚴(yán)重故障，則停止運(yùn)行用戶程序，此時(shí)plc切斷一切輸出。 數(shù)據(jù)i/o數(shù)據(jù)輸入/輸出操作有的稱為i/o狀態(tài)刷新。它包括兩種操作：一是采樣輸入信號(hào)（即刷新輸入狀態(tài)的內(nèi)容

28、）；二是送出處理結(jié)果（即按輸出狀態(tài)表的內(nèi)容刷新輸出電路）。 輸入映象存儲(chǔ)器及刷新。由上可知送入plc端子上的輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)電隔離，電平轉(zhuǎn)換，濾波處理后，進(jìn)入緩沖器內(nèi)cpu的采樣。在plc的存儲(chǔ)器有一個(gè)專門存放i/o數(shù)據(jù)區(qū)，其中對(duì)應(yīng)輸入端子的數(shù)據(jù)區(qū)，稱之為輸入映象存儲(chǔ)器。當(dāng)cpu采樣時(shí)，輸入信號(hào)由緩沖區(qū)進(jìn)入映象區(qū)。接著就是數(shù)據(jù)輸入或輸出狀態(tài)刷新。只有在采樣刷新的時(shí)刻，輸入映象存儲(chǔ)器中的內(nèi)容才與輸入信號(hào)（不考慮電路固有的慣性和濾波滯后影響）一致，其他時(shí)間范圍輸入信號(hào)變化是不會(huì)影響映象存儲(chǔ)器的內(nèi)容的。由于plc掃描周期一般只有幾十毫秒，所以兩次采樣時(shí)間很短，對(duì)一般開(kāi)關(guān)量來(lái)說(shuō)，可以認(rèn)為沒(méi)有因間斷采樣引

29、起的誤差。即認(rèn)為輸入信號(hào)一旦變化，就能立即進(jìn)入輸入映象的存儲(chǔ)器內(nèi)。 輸出映象存儲(chǔ)器及輸出狀態(tài)刷新。同樣道理，cpu不能直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。按用戶程序要求及當(dāng)前輸入狀態(tài)，要保持到下次刷新為止。同樣，對(duì)于變化較慢的控制過(guò)程來(lái)說(shuō)，因?yàn)閮纱嗡⑿碌臅r(shí)間間隔和輸出電路的慣性時(shí)間常數(shù)一般才幾十毫秒，可以認(rèn)為輸出信號(hào)是及時(shí)的。 執(zhí)行用戶程序這里又包括監(jiān)視與執(zhí)行兩部分。 監(jiān)視定時(shí)器wdt。監(jiān)視定時(shí)器就t1是通常所說(shuō)的”看門狗”wdt（watch-dogtimer），它是用來(lái)監(jiān)視程序執(zhí)行是否正常。正常時(shí)，執(zhí)行完用戶程序多用的時(shí)間不會(huì)超過(guò)t1，在程序復(fù)位wdt，即執(zhí)行程序并開(kāi)始計(jì)時(shí)：執(zhí)行完用戶程序后立即令wdt復(fù)位，表示

30、程序執(zhí)行正常。當(dāng)程序執(zhí)行過(guò)程中因某種干擾使掃描失控或進(jìn)入死循環(huán)，則wdt會(huì)發(fā)出超時(shí)報(bào)警信號(hào)，使程序重新開(kāi)始執(zhí)行。如果是偶然因素造成超時(shí)，重新程序不會(huì)再遇到”偶然干擾”，系統(tǒng)便轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行；若由于不可恢復(fù)的確定性故障，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地停止執(zhí)行用戶程序，切斷外部負(fù)載，發(fā)出故障信號(hào)，等待處理。 執(zhí)行用戶程序。用戶程序是放在用戶程序存儲(chǔ)器中的，掃描時(shí)，按順序從零步開(kāi)始，逐步解釋和執(zhí)行，直到執(zhí)行end指令才結(jié)束對(duì)用戶程序的掃描。 應(yīng)用軟件 plc控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是指為完成plc實(shí)際控制任務(wù)而編制的各種軟件。隨著plc應(yīng)用領(lǐng)域范圍的不斷擴(kuò)大，應(yīng)用水平的提高，plc應(yīng)用軟件也大大豐富起來(lái)了。plc應(yīng)用軟件與

31、一般計(jì)算機(jī)信息處理軟件相比，有很大不同，plc應(yīng)用軟件有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)必須與生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合。生產(chǎn)工藝要求不同，控制的功能也就要求不同，即使是相同的生產(chǎn)過(guò)程，由于各種設(shè)備的工藝參數(shù)不一樣，控制實(shí)現(xiàn)的方式也不一樣。所以程序設(shè)計(jì)人員必須深入現(xiàn)場(chǎng)，嚴(yán)格尊守生產(chǎn)工藝的具體要求來(lái)設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。 應(yīng)用軟件與硬件緊密相關(guān)。軟件設(shè)計(jì)人員不能拋開(kāi)硬件配置和系統(tǒng)孤立地考慮軟件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)必須根據(jù)硬件系統(tǒng)，接口的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)。 plc應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)需要計(jì)算機(jī)，自動(dòng)控制技術(shù)甚至網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種知識(shí)。特別是plc網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，plc控制系統(tǒng)不再是一個(gè)單獨(dú)的裝置。在控制系統(tǒng)中，可能包括有多臺(tái)不同

32、型號(hào)的plc，計(jì)算機(jī)，外圍設(shè)備等。因此在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)和處理某種控制功能都離不開(kāi)計(jì)算機(jī)，自動(dòng)控制和通信技術(shù)。因此，應(yīng)用程序中不僅有plc程序，還有計(jì)算機(jī)程序和通信網(wǎng)絡(luò)程序等。 編程語(yǔ)言及編程支持工具軟件，plc有多種編程語(yǔ)言：梯形圖語(yǔ)言，助記符語(yǔ)言，邏輯功能圖語(yǔ)言，布爾代數(shù)語(yǔ)言和某些高級(jí)語(yǔ)言（basic，c語(yǔ)言等）。但使用廣泛的還是梯形圖語(yǔ)言和助記符語(yǔ)言?，F(xiàn)在世界上各個(gè)plc生產(chǎn)廠家都研制了自己的plc編程支持工具軟件和監(jiān)控組態(tài)軟件。用戶可以根據(jù)自己的需要利用這些軟件來(lái)改善軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境，提高編程效率。24 plc控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)plc當(dāng)初是針對(duì)工業(yè)順序控制發(fā)展而研制的。經(jīng)過(guò)30幾年的

33、迅速發(fā)展，plc已不僅能進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制，而且還能進(jìn)行模擬量控制，位置控制。特別是plc的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得plc如虎添翼，由單機(jī)控制向多機(jī)控制，由集中控制向多層次分布式控制系統(tǒng)發(fā)展?，F(xiàn)在plc的足跡已遍布了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，形成了滿足各種需要的plc應(yīng)用系統(tǒng)。 今后plc控制系統(tǒng)將朝什么方向發(fā)展呢？在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的今天，產(chǎn)品的發(fā)展取決于市場(chǎng)的需求。plc的主要應(yīng)用領(lǐng)域是自動(dòng)化。不同的企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的要求，規(guī)模以及投資數(shù)額都不相同，存在著不同的層次需求。從我國(guó)目前正在開(kāi)展的以高新技術(shù)帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展形式來(lái)看，我們不僅要大力發(fā)展適合于大，中型企業(yè)的高水準(zhǔn)的plc網(wǎng)絡(luò)，而且也要發(fā)展合適小型企業(yè)

34、該找的性能價(jià)格比高的小型plc控制系統(tǒng)。所以今后plc控制系統(tǒng)將朝著兩個(gè)方向發(fā)展：一是向小型化，微型化系統(tǒng)方向發(fā)展。作為控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，plc將朝著體積更小，速度更快，功能更強(qiáng)，價(jià)格更低的方向發(fā)展。二是向大型化，網(wǎng)絡(luò)化，多功能的方向發(fā)展。 小型化、高性能、低成本、簡(jiǎn)單使用 近年來(lái)，小型plc應(yīng)用十分普遍，超小型plc的需求日趨增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)機(jī)床行業(yè)應(yīng)用超小型plc幾乎占據(jù)了市場(chǎng)的1/4，國(guó)外許多plc廠家正在積極地研制開(kāi)發(fā)出各種超小型微型的plc。例如德國(guó)西門子公司的s7-200既可以單機(jī)運(yùn)行也可以聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制。s7-200的最小配置是8個(gè)數(shù)字量輸入和6個(gè)數(shù)字量輸出，還可以根據(jù)實(shí)

35、際情況擴(kuò)展27個(gè)模塊，最多可達(dá)到128個(gè)輸入和120輸出，此外s7-200還可以進(jìn)行模擬量控制，是一種性能價(jià)格比較好的微型plc 大型化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能 多層次分布式控制系統(tǒng)與集中型相比，具有更高的安全性和可靠性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)，組態(tài)也更為靈活方便，地域分布也廣，是當(dāng)前控制系統(tǒng)發(fā)展的主要潮流。為了適應(yīng)這種發(fā)展，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化，世界上各plc生產(chǎn)廠家不斷地研制開(kāi)發(fā)功能更強(qiáng)的plc網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這種plc網(wǎng)絡(luò)一般是多級(jí)的，網(wǎng)絡(luò)的最底層是現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行級(jí)，網(wǎng)絡(luò)的最上層為組織管理級(jí)?，F(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行級(jí)可以由多個(gè)plc或遠(yuǎn)程i/o工作站所組成，中間一級(jí)由plc或計(jì)算機(jī)構(gòu)成。最高一級(jí)一般由高性能的計(jì)算機(jī)組成。它們之間采用工業(yè)以太

36、網(wǎng)，map網(wǎng)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線相連構(gòu)成一個(gè)多級(jí)分布式plc。隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，這種多分布式的plc控制系統(tǒng)不再是單一的，除了控制功能外，還可以實(shí)現(xiàn)在線優(yōu)化，生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)調(diào)度，產(chǎn)品計(jì)劃，統(tǒng)計(jì)管理等功能，成為一種測(cè)，控，管一體化的多功能綜合系統(tǒng)。 plc控制系統(tǒng)將與智能控制系統(tǒng)更進(jìn)一步地相互滲透和結(jié)合 目前，plc與計(jì)算機(jī)已成為地結(jié)合并廣泛應(yīng)用，plc不再是單獨(dú)的一個(gè)控制裝置，它成為控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要的組成部分和環(huán)節(jié)。隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，今后的plc將更加注重它與智能控制系統(tǒng)的結(jié)合。許多plc開(kāi)發(fā)商已經(jīng)注意到了plc的兼容性，不僅是plc與plc的兼容，而且還注意到pl

37、c與計(jì)算機(jī)的兼容，使之可以充分地利用計(jì)算機(jī)現(xiàn)有的軟件資源。例如西門子的s7-300采用simatics7的模塊，它的軟件編程，監(jiān)控都可以在windows操作平臺(tái)上操作和運(yùn)行。今后plc將采用速度更快，功能更強(qiáng)的cpu，容量更大的存儲(chǔ)器。并將更充分地利用計(jì)算機(jī)資源。plc與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，集散控制系統(tǒng)，嵌入式計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)還將進(jìn)一步滲透與結(jié)合，這必將更進(jìn)一步拓寬plc的應(yīng)用領(lǐng)域和空間。 實(shí)現(xiàn)軟，硬件的標(biāo)準(zhǔn)化 長(zhǎng)期以來(lái)，plc走的是專門化的道路，使其在獲得成功的同時(shí)也帶來(lái)諸多的不便。例如各個(gè)公司的plc都有通信聯(lián)網(wǎng)的能力，但各個(gè)公司的plc之間還無(wú)法通信聯(lián)網(wǎng)，因此制定plc國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)已是今后的發(fā)展趨勢(shì)

38、。從1978年起國(guó)際電工委員會(huì)iec在其下設(shè)tc65的sc65b中轉(zhuǎn)設(shè)wgt工作組制定plc的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。三 電磁干擾源及對(duì)系統(tǒng)的干擾3.1 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。干擾類型通常按干擾產(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。其中：按噪聲產(chǎn)生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質(zhì)不同，分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等；按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號(hào)對(duì)地的電

39、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)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(guò)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（這就是一些系統(tǒng)i/o模件損壞率較高的主要原因），這種共模干擾可為直流、亦可為交流。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，這種讓直接疊加在信號(hào)上，直接影響測(cè)量與控制精度。3.2 plc控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來(lái)源3.2.1來(lái)自空間的輻射干干擾空間的輻射

40、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(guò)程、雷電、無(wú)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，其分布極為復(fù)雜。若plc系統(tǒng)置于所射頻場(chǎng)內(nèi)，就回收到輻射干擾，其影響主要通過(guò)兩條路徑：一是直接對(duì)plc內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；而是對(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)生的電磁場(chǎng)大小，特別是頻率有關(guān)，一般通過(guò)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)。3.2.2來(lái)自系統(tǒng)外引線的干擾主要通過(guò)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(guó)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較嚴(yán)重。來(lái)自電源的干擾實(shí)踐證明，因電源引入的干擾造成plc控制

41、系統(tǒng)故障的情況很多，筆者在某工程調(diào)試中遇到過(guò)，后更換隔離性能更高的plc電源，問(wèn)題才得到解決。plc系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，入開(kāi)關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過(guò)輸電線路傳到電源原邊。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。來(lái)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

42、是通過(guò)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。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起i/o信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)和死機(jī)。plc控制系統(tǒng)因信號(hào)引入干擾造成i/o模件損壞數(shù)相當(dāng)嚴(yán)重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。來(lái)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)，

43、使plc系統(tǒng)將無(wú)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。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端a、b都接地，就存在地電位差，有電流流過(guò)屏蔽層，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí)，地線電流將更大。此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場(chǎng)的作用下，屏蔽層內(nèi)有會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過(guò)屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號(hào)回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響plc內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。plc工作

44、的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響plc的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測(cè)量精度下降，引起對(duì)信號(hào)測(cè)控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作。3.3.3來(lái)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(wú)法改變，可不必過(guò)多考慮，但要選擇具有較多應(yīng)用實(shí)績(jī)或經(jīng)過(guò)考驗(yàn)的系統(tǒng)。四 plc控制系統(tǒng)工程應(yīng)用的抗干擾設(shè)計(jì)為了保證系統(tǒng)在工業(yè)電磁環(huán)境中免受或減少內(nèi)外電磁干擾，必須從設(shè)

45、計(jì)階段開(kāi)始便采取三個(gè)方面抑制措施：抑制干擾源；切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑；提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力。這三點(diǎn)就是抑制電磁干擾的基本原則。plc控制系統(tǒng)的抗干擾是一個(gè)系統(tǒng)工程，要求制造單位設(shè)計(jì)生產(chǎn)出具有較強(qiáng)抗干擾能力的產(chǎn)品，且有賴于使用部門在工程設(shè)計(jì)、安裝施工和運(yùn)行維護(hù)中予以全面考慮，并結(jié)合具有情況進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，才能保證系統(tǒng)的電磁兼容性和運(yùn)行可靠性。進(jìn)行具體工程的抗干擾設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)主要以下兩個(gè)方面。4.1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

46、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)。 在選擇國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品要注意：我國(guó)是采用220v高內(nèi)阻電網(wǎng)制式，而歐美地區(qū)是110v低內(nèi)阻電網(wǎng)。由于我國(guó)電網(wǎng)內(nèi)阻大，零點(diǎn)電位漂移大，地電位變化大，工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾至少要比歐美地區(qū)高4倍以上，對(duì)系統(tǒng)抗干擾性能要求更高，在國(guó)外能正常工作的plc產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)工業(yè)就不一定能可靠運(yùn)行，這就要在采用國(guó)外產(chǎn)品時(shí)，按我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)（gb/t13926）合理選擇。4.2綜合抗干擾設(shè)計(jì)主要考慮來(lái)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

47、、濾波，特別是原理動(dòng)力電纜，分層布置，以防通過(guò)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。五 主要抗干擾措施5.1 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(guò)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?，F(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(méi)受到足夠的重視，雖然采取了一定的隔離措施，

48、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。此外，位保證電網(wǎng)饋點(diǎn)不中斷，可采用在線式不間斷供電電源（ups）供電，提高供電的安全可靠性。并且ups還具有較強(qiáng)的干擾隔離性能，是一種plc控制系統(tǒng)的理想電源。5.2 電纜選擇的敖設(shè)為了減少動(dòng)力電纜輻射電磁干擾，尤其是變頻裝置饋電電纜。筆者在某工程中，采用了銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，從而降低了動(dòng)力線生產(chǎn)的電磁干擾，該工程投產(chǎn)后取得了滿意的效果。不同類型的信號(hào)分別由不同電纜傳

49、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。5.3 硬件濾波及軟件抗干擾措施信號(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。由于電磁干擾的復(fù)雜性，要根本消除迎接干擾影響是不可能的，因此在plc控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和組態(tài)時(shí)，還應(yīng)在軟件方面進(jìn)行抗干擾處理，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。常用的一些措施：數(shù)字濾波和工頻整形采樣，可有效消除周期性干擾；定時(shí)校正參考點(diǎn)電位，并采用動(dòng)態(tài)零點(diǎn)，可有效防止電位漂移；采用信息冗余技術(shù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件標(biāo)志位；采用間接跳轉(zhuǎn)，設(shè)置軟件陷阱

50、等提高軟件結(jié)構(gòu)可靠性。5.4 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。對(duì)plc控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。由于信號(hào)電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號(hào)交換頻率一般都低于1mhz，所以plc控制系統(tǒng)接地線采用一點(diǎn)接地和串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。集中布置的plc系統(tǒng)適于并聯(lián)一點(diǎn)接地方式，各裝置的柜體中心接地點(diǎn)以單獨(dú)的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應(yīng)采用串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）

51、連接各裝置的柜體中心接地點(diǎn)，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于22mm2的銅導(dǎo)線，總母線使用截面大于60mm2的銅排。接地極的接地電阻小于2，接地極最好埋在距建筑物10 15m遠(yuǎn)處，而且plc系統(tǒng)接地點(diǎn)必須與強(qiáng)電設(shè)備接地點(diǎn)相距10m以上。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。選擇適當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c(diǎn)接點(diǎn)。 結(jié)束語(yǔ)plc控制系統(tǒng)中的干擾是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，因此在抗干擾設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，合理有

52、效地抑制抗干擾，對(duì)有些干擾情況還需做具體分析，采取對(duì)癥下藥的方法，才能夠使plc控制系統(tǒng)正常工作。（熊云斌）?plc抗干擾的軟件措施工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜，有時(shí)只采用硬件措施不能完全消除干擾的影響，必須用軟件措施加以配合?？刹捎萌缦碌能浖胧阂?、延時(shí)確認(rèn)對(duì)于開(kāi)關(guān)量輸入，可采用軟件延時(shí)20ms，對(duì)同一信號(hào)作兩次或兩次以上讀入，結(jié)果一致才確認(rèn)輸入有效。二、封鎖干擾某些干擾是可以預(yù)知的，如可編程序控制器的輸出命令使執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如大功率電動(dòng)機(jī)、電磁鐵）動(dòng)作，常常會(huì)伴隨產(chǎn)生火花。電弧等干擾信號(hào)，它們產(chǎn)生地干擾信號(hào)可能使可編程序控制器接收錯(cuò)誤的信息。在容易產(chǎn)生這些干擾的時(shí)間內(nèi)，可用軟件封鎖可編程序控制器的某些輸入信號(hào)，在干擾易發(fā)期過(guò)去后，再取消封鎖。三、軟件濾波對(duì)于模擬信號(hào)可以采取軟件濾波措施，目前的大型plc編程大都支持sfc、結(jié)構(gòu)化文本編程方式，這可以很方便的編制比較復(fù)雜的程序，完成相應(yīng)的功能。四、故障的檢測(cè)與診斷可編程序控制器的可靠性很高，本身有完善的自診斷功能，可編程序控制器如出現(xiàn)故障，借助自診斷程序可以方便的找到故障的部位與部件，更換后就可以恢復(fù)正常工作。大量的工程實(shí)踐表明，可編程序控制器外部的輸入、輸出元件，如限位開(kāi)關(guān)、電磁閥、接觸器等的故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可編程序控制器本身的故障率，而這些元件出現(xiàn)故障后，可編程序控制器一般不能覺(jué)察出來(lái)，不會(huì)