0 引言

　　PLC是專為工業(yè)環(huán)境而設計的控制裝置，為提高PLC工作的可靠性，其本身在軟硬件上均采取了一系列抗干擾措施，在一般的工廠環(huán)境下完全可以可靠的工作。電解加工機床控制系統(tǒng)工作在潮濕并且有大量腐蝕性氣體和復雜電磁干擾的環(huán)境中，其受到的干擾較強。因此，數(shù)控電解加工機床的控制系統(tǒng)一般選擇PLC控制系統(tǒng)。

1 電解加工PLC控制系統(tǒng)的干擾來源

　　電解加工不同于傳統(tǒng)的加工方式，它伴隨著大電流和高壓電解液。電解加工電流根據(jù)要求從幾安培到幾萬安培不等，提供大電流的電解加工電源的起停會產(chǎn)生較強電磁干擾舊1，影響對整個PLC控制系統(tǒng)的工作。此外，在電解加工控制系統(tǒng)中。伺服驅(qū)動器和車間中其他大功率設備的工作也會產(chǎn)生強電磁干擾，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

　　1.1 來自電源的干擾

　　PLC控制系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍很廣，它受到空間各種電磁干擾的影響，感應出感應電壓和感應電流。在整個電路中，電網(wǎng)內(nèi)部的變化，大型電力設備的啟停、交直流傳動裝置引起的諧波、閘刀開關產(chǎn)生的浪涌，電網(wǎng)短路暫態(tài)等都會通過輸電線傳到電源。在工業(yè)環(huán)境下，PLC控制系統(tǒng)70％的干擾是通過電源耦合進來的”3。

　　1.2 信號線引入的干擾

　　與PLC輸入輸出模塊相連接的信號線，除傳輸有效的各類信息外，總會有外部干擾信號的侵入。信號線受空間電磁輻射的干擾，這種干擾是來自信號線外部的感應干擾，該種干擾往往比較嚴重，例如信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化，誤動作和死機。

　　1.3 接地系統(tǒng)混亂導致的干擾

　　接地可以有效提高系統(tǒng)的抗干擾能力，用正確的方法接地既能抑制電磁干擾的影響又能抑制系統(tǒng)內(nèi)的設備向外界發(fā)出電磁干擾；但是如果接地方式不當，反而會引入更多的干擾信號，影響PLC控制系統(tǒng)的正常工作。

2 電解加工控制系統(tǒng)的抗干擾措施

　　為保證電解加工PLC控制系統(tǒng)在工業(yè)環(huán)境下免受電磁干擾，保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定的工作，在控制系統(tǒng)的設計階段就必須考慮從三個方面采取抗干擾措施：①抑制或切斷干擾源；②阻斷或衰減電磁干擾的耦合通道；③提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力”·。

　　2.1 PLC控制系統(tǒng)電源的抗干擾措施

　　在PLC控制系統(tǒng)中，電源的地位極其重要。在電解加工控制系統(tǒng)中，電源主要指PLC電源、伺服驅(qū)動器電源和觸摸屏電源等。電網(wǎng)的干擾竄入主要是通過PLC系統(tǒng)的供電電源、變送器供電電源和與PLC有直接電氣連接的儀表供電電源禍合進入。因此在設計控制系統(tǒng)時除選擇隔離性能好的PLC電源外，還就電網(wǎng)干擾竄入實施一系列抗干擾措施。在干擾較強或?qū)煽啃砸筝^高的場合，可以在PLC的交流電源輸入端加接抗干擾電源或凈化穩(wěn)壓電源，也可以在PLC的輸入端設置電源濾波電路，它可以吸收掉電源的大部分“毛刺”。

　　如圖1所示，在設計電解加工PLC控制系統(tǒng)時，根據(jù)系統(tǒng)對可靠性的要求，在把電網(wǎng)電源在接入PLC電源之前，一般選用隔離屏蔽變壓器對電網(wǎng)電源進行屏蔽變壓，并且要求變壓器的容量應比實際需要大1.2—1.5倍左右。同時還要求變壓器的屏蔽層接地良好，次級線圈連接采用雙絞線，以減少電源線間干擾。另外，在隔離屏蔽變壓器之后加裝一個穩(wěn)壓濾波器，這樣干擾信號在經(jīng)過一級隔離屏蔽之后又經(jīng)過二級濾波將會大大減弱，從而增強了控制系統(tǒng)中PLC電源供電的可靠性。圖2為電解加工控制系統(tǒng)交流伺服驅(qū)動器電源抗干擾措施。首先將電源通過EMI濾波器，然后將濾波后的電源通過隔離屏蔽變壓器，最后才引入交流伺服驅(qū)動器。

圖1 PLC電源抗干擾處理圖圖2伺服驅(qū)動器電源抗干擾圖

　　如圖3所示，在電解加工控制系統(tǒng)中，觸摸屏的電源與PLC、交流伺服系統(tǒng)的電源一樣也要采取一定的抗干擾措施。在該系統(tǒng)中，首先將外界380V電源通過隔離屏蔽變壓器得到比較穩(wěn)定的220V的電源，然后再通過開關電源得到觸摸屏所需要的直流24V的電壓。開關電源具有一定的屏蔽和抗干擾作用，直接為觸摸屏專用HMI電源供電。

圖3觸摸屏電源抗干擾處理圖

　　2.2 輸入輸出信號的抗干擾措施

　　為防止輸入、輸出信號受到干擾，首先在硬件上應選用絕緣型I／O模塊；其次是PLC電源線，輸入信號線，輸出信號線，交流線、直流線都應盡量分開布線，開關量信號線與模擬量信號線也應分開布線，且后者采用屏蔽線。開關量信號線多采用雙絞線，雙絞線中電流方向相反，大小相等，可將感應電流引起的噪聲互相抵消。

　　輸入信號線之間存在差模干擾，可以利用輸入模塊濾波來減少干擾，而輸入線與大地間的共模干擾可通過控制器的接地來抑制。在輸入端有感性負載時，為了防止電路信號突變而產(chǎn)生感應電勢，可采用硬件的可靠性容錯和容差設計技術，對于交流輸入信號，可在負載兩端并聯(lián)電容C和電阻R，對于直流輸入信號，可并接續(xù)流二極管。

　　此外，在干擾較強的場合，為防止干擾通過輸入輸出信號線竄入PLC，一般加裝中間繼電器進行隔離。如圖4所示，在電解加工機床限位控制電路的設計時，考慮到接近開關在電磁環(huán)境下工作，為防止電磁干擾從輸入信號線竄入PLC，故加裝中間繼電器進行隔離。

圖4 PLC限位輸入信號經(jīng)過中間繼電器隔離電路圖

　　在交流感性負載場合，當負載較大時，感性負載的起停會產(chǎn)生很強的浪涌和諧波，會對其它元件產(chǎn)生損壞并對整個控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。在該種情況下，一般在感性負載兩端接浪涌吸收器，浪涌吸收器越接近負載，抗干擾效果越好。如圖5所示。在電解加工機床伺服電機的制動回路中，為降低干擾，浪涌吸收器(LYl)吸收來自制動線圈產(chǎn)生的浪涌和諧波，保證制動回路可靠穩(wěn)定的運行。

圖5浪涌吸收器LYl抗干擾圖

　　2.3 接地抗干擾措施

　　控制系統(tǒng)接地有兩個目的，一方面是為了安全，另一方面是為了抑制干擾。但是如果接地方式不當，可能會引入更多的干擾信號，使PLC系統(tǒng)無法正常工作。

　　系統(tǒng)的接地方式分為浮地方式、直接接地和電容接地。對于PLC控制系統(tǒng)而言，它屬于高速低電平控制裝置，因此采用直接接地方式。PLC控制系統(tǒng)的接地主要有下列幾種：信號地、交流地、屏蔽地和保護地。信號地是指輸入端元件傳感器的地；交流地是交流供電電源的N線，其接地銅板與其他接地銅板應分開：屏蔽地是為防止電磁感應而設置的外殼或金屬絲網(wǎng)，通過專門的銅導線與接地銅板相連；保護地是將設備的外殼接地用以防止設備漏電保護人身安全。

　　接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾是在不同接地點之間存在電位差，導致環(huán)路電流的產(chǎn)生，進而影響整個系統(tǒng)的工作。因此在信號源接地時，電纜的蔽層應在信號側(cè)單點接地；信號源不接地時，應在PLC側(cè)將屏蔽層接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接并進行絕緣處理，避免多點接地。如果兩端都接地，就存在電位差，會有電流流過屏蔽層，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。柜體接地是保護接地，如果柜體帶電，可從保護地導入地下，保護人體不受傷害。屏蔽地、保護地不能與交流地、信號地扭在一起，只能各自獨立的接到接地銅牌。在設計電解加工PLC控制系統(tǒng)時，除兼顧以上接地措施外，還對控制系統(tǒng)中的觸摸屏進行了接地。觸摸屏電源和觸摸屏本身都要經(jīng)過接地處理，不能將直流電源的負極接到控制柜的外殼上，否則將可能由于控制柜外殼的接地阻抗過高而產(chǎn)生干擾。

　　2.4 軟件抗干擾

　　PLC內(nèi)部具有豐富的軟元件，如定時器、計數(shù)器、中間繼電器等，利用這些軟元件可以編寫程序，用來屏蔽輸入元件的干擾信號，防止輸出元件的誤動作，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。例如在電解加工控制系統(tǒng)設計時首先利用PLC內(nèi)部定時器的延時，屏蔽輸入端可能出現(xiàn)的錯誤信號，其次利用PLC內(nèi)部計數(shù)器防止輸入元件觸點“抖動”干擾。在一些大型的PLC控制系統(tǒng)中對于模擬量輸入的干擾還經(jīng)常用到軟件濾波和數(shù)字濾波等抗干擾措施。

　　2.5 光電耦合器抗干擾

　　光電耦合器常被用在PLC輸入模塊和輸出模塊中用來抑制外部干擾。光電耦合器在控制系統(tǒng)設計時被大量采用是由其特點決定的：①光電耦合器動態(tài)輸入電阻小，產(chǎn)生干擾的信號源內(nèi)阻一般都很大，因此光電耦合器輸入端實際得到的干擾電壓信號很??；②光電耦合器是一種電流輸入元件，當輸入電流小于1.5mA時，輸入信號被當作0，系統(tǒng)不動作；③光電耦合器輸入輸出電路間的絕緣電阻很大，可以避免公共地線環(huán)流可能引起的干擾。在電解加工控制系統(tǒng)設計時，除模擬量模塊中應用到光電耦合器外，在電解加工機床的對刀電路設計時也應用到光電耦合器，用于減少或消除了外部竄入的干擾，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定的工作。圖6為電解加工的對刀輸入電路。

圖6 電解加工對刀電路光電耦合抗干擾圖

3 結(jié)束語

　　PLC控制系統(tǒng)在工業(yè)中應用越來越廣泛，其工作環(huán)境也日趨復雜。因此，在PLC控制系統(tǒng)的設計中，通過正確設計硬件線路，合理布線，選用高質(zhì)量的元器件以及利用軟件設計抗干擾等措施，使系統(tǒng)在實際應用中能夠更加穩(wěn)定、可靠的運行。