0 引言

　　PLC是專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)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(jī)床控制系統(tǒng)工作在潮濕并且有大量腐蝕性氣體和復(fù)雜電磁干擾的環(huán)境中，其受到的干擾較強(qiáng)。因此，數(shù)控電解加工機(jī)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(wàn)安培不等，提供大電流的電解加工電源的起停會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)電磁干擾舊1，影響對(duì)整個(gè)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(dòng)器和車間中其他大功率設(shè)備的工作也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)電磁干擾，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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(yīng)出感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流。在整個(gè)電路中，電網(wǎng)內(nèi)部的變化，大型電力設(shè)備的啟停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、閘刀開關(guān)產(chǎn)生的浪涌，電網(wǎng)短路暫態(tài)等都會(huì)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(jìn)來的”3。

　　1.2 信號(hào)線引入的干擾

　　與PLC輸入輸出模塊相連接的信號(hào)線，除傳輸有效的各類信息外，總會(huì)有外部干擾信號(hào)的侵入。信號(hào)線受空間電磁輻射的干擾，這種干擾是來自信號(hào)線外部的感應(yīng)干擾，該種干擾往往比較嚴(yán)重，例如信號(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)作和死機(jī)。

　　1.3 接地系統(tǒng)混亂導(dǎo)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(shè)備向外界發(fā)出電磁干擾；但是如果接地方式不當(dāng)，反而會(huì)引入更多的干擾信號(hào)，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(shè)計(jì)階段就必須考慮從三個(gè)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(dòng)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(jìn)入。因此在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)除選擇隔離性能好的PLC電源外，還就電網(wǎng)干擾竄入實(shí)施一系列抗干擾措施。在干擾較強(qiáng)或?qū)煽啃砸筝^高的場(chǎng)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(shè)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(shè)計(jì)電解加工PLC控制系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)對(duì)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(duì)電網(wǎng)電源進(jìn)行屏蔽變壓，并且要求變壓器的容量應(yīng)比實(shí)際需要大1.2—1.5倍左右。同時(shí)還要求變壓器的屏蔽層接地良好，次級(jí)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(gè)穩(wěn)壓濾波器，這樣干擾信號(hào)在經(jīng)過一級(jí)隔離屏蔽之后又經(jīng)過二級(jí)濾波將會(huì)大大減弱，從而增強(qiáng)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(dòng)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(dòng)器。

圖1 PLC電源抗干擾處理圖圖2伺服驅(qū)動(dòng)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(guān)電源得到觸摸屏所需要的直流24V的電壓。開關(guān)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(hào)的抗干擾措施

　　為防止輸入、輸出信號(hào)受到干擾，首先在硬件上應(yīng)選用絕緣型I／O模塊；其次是PLC電源線，輸入信號(hào)線，輸出信號(hào)線，交流線、直流線都應(yīng)盡量分開布線，開關(guān)量信號(hào)線與模擬量信號(hào)線也應(yīng)分開布線，且后者采用屏蔽線。開關(guān)量信號(hào)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(yīng)電流引起的噪聲互相抵消。

　　輸入信號(hào)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(fù)載時(shí)，為了防止電路信號(hào)突變而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，可采用硬件的可靠性容錯(cuò)和容差設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)于交流輸入信號(hào)，可在負(fù)載兩端并聯(lián)電容C和電阻R，對(duì)于直流輸入信號(hào)，可并接續(xù)流二極管。

　　此外，在干擾較強(qiáng)的場(chǎng)合，為防止干擾通過輸入輸出信號(hào)線竄入PLC，一般加裝中間繼電器進(jìn)行隔離。如圖4所示，在電解加工機(jī)床限位控制電路的設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到接近開關(guān)在電磁環(huán)境下工作，為防止電磁干擾從輸入信號(hào)線竄入PLC，故加裝中間繼電器進(jìn)行隔離。

圖4 PLC限位輸入信號(hào)經(jīng)過中間繼電器隔離電路圖

　　在交流感性負(fù)載場(chǎng)合，當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，感性負(fù)載的起停會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的浪涌和諧波，會(huì)對(duì)其它元件產(chǎn)生損壞并對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。在該種情況下，一般在感性負(fù)載兩端接浪涌吸收器，浪涌吸收器越接近負(fù)載，抗干擾效果越好。如圖5所示。在電解加工機(jī)床伺服電機(jī)的制動(dòng)回路中，為降低干擾，浪涌吸收器(LYl)吸收來自制動(dòng)線圈產(chǎn)生的浪涌和諧波，保證制動(dòng)回路可靠穩(wěn)定的運(yùn)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(gè)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(dāng)，可能會(huì)引入更多的干擾信號(hào)，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(duì)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(hào)地、交流地、屏蔽地和保護(hù)地。信號(hào)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(yīng)分開：屏蔽地是為防止電磁感應(yīng)而設(shè)置的外殼或金屬絲網(wǎng)，通過專門的銅導(dǎo)線與接地銅板相連；保護(hù)地是將設(shè)備的外殼接地用以防止設(shè)備漏電保護(hù)人身安全。

　　接地系統(tǒng)混亂對(duì)PLC系統(tǒng)的干擾是在不同接地點(diǎn)之間存在電位差，導(dǎo)致環(huán)路電流的產(chǎn)生，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。因此在信號(hào)源接地時(shí)，電纜的蔽層應(yīng)在信號(hào)側(cè)單點(diǎn)接地；信號(hào)源不接地時(shí)，應(yīng)在PLC側(cè)將屏蔽層接地；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，避免多點(diǎn)接地。如果兩端都接地，就存在電位差，會(huì)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(hào)回路。柜體接地是保護(hù)接地，如果柜體帶電，可從保護(hù)地導(dǎo)入地下，保護(hù)人體不受傷害。屏蔽地、保護(hù)地不能與交流地、信號(hào)地扭在一起，只能各自獨(dú)立的接到接地銅牌。在設(shè)計(jì)電解加工PLC控制系統(tǒng)時(shí)，除兼顧以上接地措施外，還對(duì)控制系統(tǒng)中的觸摸屏進(jìn)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(fù)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(shí)器、計(jì)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(hào)，防止輸出元件的誤動(dòng)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(shè)計(jì)時(shí)首先利用PLC內(nèi)部定時(shí)器的延時(shí)，屏蔽輸入端可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤信號(hào)，其次利用PLC內(nèi)部計(jì)數(shù)器防止輸入元件觸點(diǎn)“抖動(dòng)”干擾。在一些大型的PLC控制系統(tǒng)中對(duì)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(shè)計(jì)時(shí)被大量采用是由其特點(diǎn)決定的：①光電耦合器動(dòng)態(tài)輸入電阻小，產(chǎn)生干擾的信號(hào)源內(nèi)阻一般都很大，因此光電耦合器輸入端實(shí)際得到的干擾電壓信號(hào)很小；②光電耦合器是一種電流輸入元件，當(dāng)輸入電流小于1.5mA時(shí)，輸入信號(hào)被當(dāng)作0，系統(tǒng)不動(dòng)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(shè)計(jì)時(shí)，除模擬量模塊中應(yīng)用到光電耦合器外，在電解加工機(jī)床的對(duì)刀電路設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)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(duì)刀輸入電路。

圖6 電解加工對(duì)刀電路光電耦合抗干擾圖

3 結(jié)束語(yǔ)

　　PLC控制系統(tǒng)在工業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛，其工作環(huán)境也日趨復(fù)雜。因此，在PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，通過正確設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)抗干擾等措施，使系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中能夠更加穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。