單片機(jī)PLC控制系統(tǒng)抗干擾能力途徑淺析

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摘要:為有效提升單片機(jī)plc控制系統(tǒng)的抗干擾能力，指出了單片機(jī)PLC控制系統(tǒng)的干擾因素，包括電源波形的畸變干擾、電路耦合干擾、輸入元器件觸點(diǎn)的抖動(dòng)干擾、電容性和電感性干擾、波干擾等。提出了提升單片機(jī)PLC控制系統(tǒng)抗干擾能力的途徑:制定合理的硬件設(shè)計(jì)方案，加強(qiáng)抗干擾能力。應(yīng)采用優(yōu)良電源，建立準(zhǔn)確的接地系統(tǒng)，提出有效的輸入、輸出配線方法，采用科學(xué)的電纜敷設(shè)方式，減小空間電磁輻射的干擾。采用光電隔離技術(shù)，進(jìn)行合理的軟件設(shè)計(jì)，屏蔽可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤信號(hào)，利用時(shí)間檢測(cè)提示，有效消除觸點(diǎn)可能存在的抖動(dòng)干擾。應(yīng)用數(shù)字濾波技術(shù)，進(jìn)行軟件冗余，設(shè)定軟件陷阱，做好數(shù)據(jù)備份。通過(guò)科學(xué)規(guī)劃硬件線路，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求設(shè)計(jì)軟件，靈活多變地運(yùn)用編程，增強(qiáng)PLC控制系統(tǒng)的抗干擾效果，確保其穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)工業(yè)設(shè)施的應(yīng)用發(fā)展。

關(guān)鍵詞:單片機(jī);PLC控制系統(tǒng);抗干擾能力;途徑

各種電子產(chǎn)品的相繼出現(xiàn)對(duì)單片機(jī)提出了更高的要求，因此需提升單片機(jī)處理效率和抗干擾效果。分析PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力非常有必要，因?yàn)镻LC控制系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，其應(yīng)用也越來(lái)越廣。單片機(jī)利用PLC功能可以完成通信，清楚地在界面顯示工作狀態(tài)，也可以設(shè)置相應(yīng)的具體數(shù)據(jù)內(nèi)容。盡管PLC控制系統(tǒng)在單片機(jī)中應(yīng)用較廣，但也存在著一些問(wèn)題，特別是受到了較多干擾因素的影響，對(duì)PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力產(chǎn)生了一定的影響，因此需提出合理有效的抗干擾對(duì)策，促進(jìn)單片機(jī)的發(fā)展。

1單片機(jī)PLC控制系統(tǒng)的干擾因素

單片機(jī)PLC控制系統(tǒng)受到的干擾較多，主要包括以下幾個(gè)方面:

1.1電源波形的畸變干擾

多數(shù)電網(wǎng)設(shè)施中包括PLC控制系統(tǒng)，其主要應(yīng)用電力半導(dǎo)體零件，如GRT等，工作過(guò)程中容易出現(xiàn)噪聲等情況，這使得PLC控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)生一定的變化，從而造成電源波形畸變，由電源線路直接對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

1.2電路耦合干擾

具體工作過(guò)程中，面對(duì)PLC接地點(diǎn)，如果出現(xiàn)選擇不恰當(dāng)或接地不清楚的情況，會(huì)導(dǎo)致回路出現(xiàn)耦合現(xiàn)象，引起電流干擾。

1.3輸入元器件觸點(diǎn)的抖動(dòng)干擾

工作中出現(xiàn)明顯的震動(dòng)對(duì)于PLC控制系統(tǒng)是極為不利的，這會(huì)造成輸入元器件觸點(diǎn)的抖動(dòng)，出現(xiàn)抖動(dòng)的位置大多是常閉觸點(diǎn)，如果進(jìn)行錯(cuò)誤引導(dǎo)，則會(huì)形成對(duì)PLC控制系統(tǒng)的干擾。

1.4電容性和電感性干擾

電容性干擾不是干擾源直接引起的，而是分散的電容耦合造成了對(duì)PLC控制系統(tǒng)的干擾。電感性干擾是由干擾源產(chǎn)生的一種交變磁場(chǎng)，對(duì)控制系統(tǒng)的元件耦合會(huì)直接造成影響。

1.5波干擾

人們周圍環(huán)境存在電磁場(chǎng)，其受到雷達(dá)、智能電話的影響，會(huì)對(duì)PLC控制系統(tǒng)造成一定的干擾，不僅如此，傳導(dǎo)波也會(huì)對(duì)PLC控制系統(tǒng)造成一定的波干擾。

2提升單片機(jī)PLC控制系統(tǒng)抗干擾能力的途徑

PLC控制系統(tǒng)中，要將設(shè)施和其他裝置有效連接，其工作過(guò)程中產(chǎn)生的頻率高、電壓低及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境將產(chǎn)生多種干擾。因此必須考慮到影響PLC控制系統(tǒng)的所有干擾因素，對(duì)軟件和硬件同時(shí)進(jìn)行分析，有效緩解對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾，從而確保其安全性和可靠性，達(dá)到更好的效果。

2.1制定合理的硬件設(shè)計(jì)方案，加強(qiáng)抗干擾能力

單片機(jī)PLC控制系統(tǒng)中，硬件是提高抗干擾能力的主要方法，制定有效的設(shè)計(jì)方案可以最大程度地避免PLC控制系統(tǒng)受到干擾，確?？刂葡到y(tǒng)有一定的阻擋能力。為了達(dá)到這一效果，要采取相關(guān)措施有效提高抗干擾能力，包括控制干擾源、切斷電磁干擾的傳播渠道、完善裝置系統(tǒng)，要重視設(shè)計(jì)過(guò)程，科學(xué)利用電源，合理選擇接地點(diǎn)，對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，加強(qiáng)控制系統(tǒng)的抗干擾能力。2.1.1采用優(yōu)良電源。電源在一定程度上決定著系統(tǒng)的抗干擾能力，部分工作人員不注重細(xì)節(jié)，為了操作方便經(jīng)常會(huì)直接引入電網(wǎng)，導(dǎo)致電源受到一定的干擾。選擇電源對(duì)隔離性能有一定的要求，實(shí)際工作中，可以將PLE電源和相應(yīng)的設(shè)施分別完成配線，有效降低對(duì)電源產(chǎn)生的干擾。根據(jù)不同情況采取具體措施，盡可能避免PLC控制系統(tǒng)受到較強(qiáng)的干擾［1］。如果電源受到的干擾較為嚴(yán)重，可以利用隔離變壓器供電來(lái)解決，設(shè)置相應(yīng)的設(shè)施阻擋交直流的侵入，避免控制系統(tǒng)中的電源傳出噪聲。要想提高抗干擾能力，可以嘗試將屏蔽層和PLE同時(shí)進(jìn)行連接。可以采用分離供電系統(tǒng)，使控制器和其他系統(tǒng)由變壓器完成供電，與總電源分離，不能產(chǎn)生交集。使用交流電源時(shí)，如果出現(xiàn)設(shè)施容量大、電壓受到影響的情況，可以選擇適當(dāng)?shù)奈恢眉尤敕€(wěn)壓電源，確保電源正常運(yùn)行。使用UPS能夠確保在斷電情況下繼續(xù)為控制系統(tǒng)供電，有效解決控制系統(tǒng)的供電問(wèn)題，提升PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力。2.1.2建立準(zhǔn)確的接地系統(tǒng)。面對(duì)不同的情況，要選擇適合準(zhǔn)確的接地系統(tǒng)，以有效減少電磁干擾。選擇接地的原因是考慮到安全和預(yù)防干擾，接地方式主要有浮地、直接接地和電容接地，不同系統(tǒng)要應(yīng)用不同的接地方法。單片機(jī)PLC控制系統(tǒng)一般選擇直接接地的方式，以達(dá)到抗干擾效果［2］。進(jìn)行系統(tǒng)接地時(shí)要考慮多方面的因素，確保裝置信號(hào)間的頻率處于同一環(huán)境下，要在接線過(guò)程中做到一點(diǎn)接地和串聯(lián)。集中接地方式和以上方式有所不同，主要選擇并聯(lián)一點(diǎn)接地方式，在柜體接線位置要單獨(dú)布線，如果中間差距過(guò)大，要及時(shí)改變方式。接地過(guò)程中要合理選擇接地線，通常是銅母線等接地線，確定中心接地點(diǎn)后，直接完成連接。2.1.3提出有效的輸入、輸出配線方法。有效輸入、輸出配線能夠避免單片機(jī)PLC控制系統(tǒng)受到干擾，應(yīng)對(duì)此予以重視。實(shí)際操作中可以采取以下措施:布線過(guò)程中盡可能地將布線操作分開(kāi)進(jìn)行。控制系統(tǒng)中有著多種不同的線，應(yīng)按相關(guān)要求將線合理分開(kāi)布線［3］。對(duì)于開(kāi)關(guān)量和模擬量信號(hào)線而言，也應(yīng)采用分開(kāi)布線方法。布線過(guò)程中，模擬量信號(hào)線一般是以屏蔽線為主，并進(jìn)行接地，數(shù)字傳輸線也是同樣的布線方式。雙絞線可以消除噪聲，布線過(guò)程中要考慮到電流方向和其他因素。選擇類型時(shí)，大多應(yīng)用晶體管，但其容易出現(xiàn)漏電情況，要提前準(zhǔn)備適合的材質(zhì)，在輸出、輸入端解決，以并聯(lián)旁路電阻的方式控制電流。進(jìn)行輸入和輸出配線時(shí)，要避免輸入信號(hào)受到干擾，對(duì)控制器選擇性地應(yīng)用具體信號(hào)，以免損壞相關(guān)構(gòu)件。要正確認(rèn)識(shí)和應(yīng)用直流信號(hào)和交流信號(hào)，對(duì)于輸出信號(hào)而言，在負(fù)載前后要接入吸收器和二極管，要正確分辨負(fù)載場(chǎng)合，有效進(jìn)行接入。2.1.4采用科學(xué)的電纜敷設(shè)方式。合理應(yīng)用電纜敷設(shè)方式能夠減少一定的電磁干擾。實(shí)際操作過(guò)程中，采用電纜應(yīng)根據(jù)具體的信號(hào)類型進(jìn)行傳輸，敷設(shè)過(guò)程要有序進(jìn)行，根據(jù)信號(hào)種類完成敷設(shè)，按照相關(guān)要求和規(guī)定工作。如果采用同電纜的不同導(dǎo)線進(jìn)行傳輸，會(huì)拉近信號(hào)和電纜之間的距離，造成電磁干擾。為了有效解決這一問(wèn)題，實(shí)際施工過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格要求敷設(shè)電纜的數(shù)量，確定一定的層數(shù)，相繼進(jìn)行敷設(shè)，敷設(shè)時(shí)要考慮硬件設(shè)施，防止電磁干擾。2.1.5減小空間電磁輻射的干擾。應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)時(shí)，要充分考慮系統(tǒng)內(nèi)電路的干擾因素，盡量避免其接觸到電磁爐等容易產(chǎn)生干擾的環(huán)境。如果無(wú)法做到有效避免接觸環(huán)境，可嘗試?yán)媒饘俸袑?duì)其處理，對(duì)金屬盒進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，滿足一定的空間要求，使其有效進(jìn)行散熱和通風(fēng)，抑制其對(duì)單片機(jī)PLC控制系統(tǒng)的干擾。2.1.6采用光電隔離技術(shù)。光電隔離技術(shù)主要是發(fā)揮光電耦合器的作用，對(duì)輸入、輸出渠道與中心位置做到分開(kāi)隔離，具體表現(xiàn)形式是光電耦合器能夠?qū)a(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)內(nèi)部構(gòu)件使其成為光信號(hào)，將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，進(jìn)一步使輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的電隔離，有效提升單片機(jī)PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力。根據(jù)光信號(hào)的作用，完成信號(hào)的順利傳輸，使其應(yīng)用更廣［4］。

2.2進(jìn)行合理的軟件設(shè)計(jì)

工作過(guò)程中必然會(huì)受到一定的干擾影響，應(yīng)制定相應(yīng)的措施有效預(yù)防干擾影響。PLC控制系統(tǒng)中，應(yīng)科學(xué)合理地設(shè)計(jì)軟件，避免造成干擾，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的抗干擾處理，提高相應(yīng)的抗干擾能力。分析軟件構(gòu)造的可靠性，進(jìn)行數(shù)字濾波，在一定時(shí)間內(nèi)預(yù)防干擾，按時(shí)對(duì)參考位置進(jìn)行考查，防止出現(xiàn)電位漂移的情況，合理利用信息冗余技術(shù)。PLC控制系統(tǒng)中，零件較多，如定時(shí)器等，可以嘗試不同的思路控制干擾能力，從這些零件入手，屏蔽錯(cuò)誤的信號(hào)，防止輸出有誤信號(hào)，逐步提升控制系統(tǒng)的抗干擾能力。2.2.1屏蔽可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤信號(hào)。具體工作過(guò)程中產(chǎn)生的電磁是較為復(fù)雜的，僅憑借硬件設(shè)施無(wú)法有效提升干擾能力，還需制定相應(yīng)的軟件措施。PLC控制系統(tǒng)中，循環(huán)過(guò)程中大多數(shù)物質(zhì)是多變的，但也有相對(duì)靜止的，如在一些環(huán)節(jié)中時(shí)間是固定的，且發(fā)出不變的信號(hào)［5］。具體工作過(guò)程中，可以利用這一特征提出相應(yīng)的措施，完成對(duì)定時(shí)器數(shù)據(jù)信息的搜集，及時(shí)屏蔽可能會(huì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤信號(hào)。同時(shí)，要在有效時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，一般是在打開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)進(jìn)行搜集。2.2.2利用時(shí)間檢測(cè)提示。機(jī)器設(shè)施在進(jìn)行工作時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間是固定的，遇到特殊情況也不會(huì)發(fā)生較大改變?？梢赃m當(dāng)參考這些時(shí)間，對(duì)控制器及時(shí)發(fā)出信號(hào)，當(dāng)外部結(jié)構(gòu)開(kāi)始工作時(shí)，要將定時(shí)器打開(kāi)，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，正常情況下，設(shè)置的參數(shù)要比原先的工作時(shí)間長(zhǎng)，所占比例應(yīng)根據(jù)具體情況設(shè)定［6］。2.2.3有效消除觸點(diǎn)可能存在的抖動(dòng)干擾。PLC控制系統(tǒng)會(huì)受到不同程度干擾的影響，一些輸入元件在接地后，在一定時(shí)間內(nèi)對(duì)觸點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的作用，導(dǎo)致發(fā)生不同時(shí)間內(nèi)的抖動(dòng)情況，這種情況的出現(xiàn)會(huì)直接導(dǎo)致傳出錯(cuò)誤信號(hào)，應(yīng)有效消除觸點(diǎn)可能存在的抖動(dòng)干擾。2.2.4可利用的相關(guān)技術(shù)。應(yīng)用數(shù)字濾波技術(shù)。此技術(shù)和硬件設(shè)施功能較為接近，實(shí)際工作過(guò)程中采用具體方法，如平均法、取舍法等，以起到一定的作用。進(jìn)行軟件冗余。為了確保安全性和可靠性，必須保證每個(gè)構(gòu)件的穩(wěn)定性，要達(dá)到2次以上重復(fù)開(kāi)關(guān)的操作動(dòng)作。設(shè)定軟件陷阱。這是將失去作用的程序完成恢復(fù)，使之處于起始狀態(tài)。一般情況下是利用NOP或跳轉(zhuǎn)方式完成軟件陷阱的設(shè)置。比如，在沒(méi)有應(yīng)用過(guò)的空間單元內(nèi)執(zhí)行數(shù)個(gè)操作指令，如果程序失去作用，當(dāng)PC對(duì)準(zhǔn)這些空間單元時(shí)則是進(jìn)行軟件陷阱，進(jìn)行多次不同的動(dòng)作后，程序會(huì)根據(jù)可利用的環(huán)節(jié)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到需要的位置或自動(dòng)運(yùn)行。正常情況下，軟件陷阱并不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，設(shè)定軟件陷阱能夠提升PLC控制系統(tǒng)的可靠性。數(shù)據(jù)備份是比較常見(jiàn)的，為了確?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性，要將多個(gè)單獨(dú)的存儲(chǔ)器進(jìn)行更為細(xì)化的信息內(nèi)容備份，充分利用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器多空間的優(yōu)勢(shì)完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和備份。存儲(chǔ)和備份過(guò)程要以抗干擾能力為前提，堅(jiān)持?jǐn)?shù)據(jù)安全的基本原則，確保在一定時(shí)間內(nèi)完整地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和備份，要根據(jù)存儲(chǔ)器的實(shí)際情況合理利用，避免備份過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題，以嚴(yán)謹(jǐn)和負(fù)責(zé)的態(tài)度合理設(shè)計(jì)軟件，維護(hù)軟件系統(tǒng)安全。

3結(jié)語(yǔ)

單片機(jī)PLC控制系統(tǒng)受到的干擾較多，為了有效提高抗干擾能力，必須重視系統(tǒng)硬件檢測(cè)和維護(hù)。要科學(xué)規(guī)劃硬件線路，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求設(shè)計(jì)軟件，靈活多變地運(yùn)用編程，不斷增強(qiáng)PLC控制系統(tǒng)的抗干擾效果，確保其能夠穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)一步促進(jìn)工業(yè)設(shè)施的應(yīng)用發(fā)展。

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作者:劉成芳 單位:山東華宇工學(xué)院