PLC运行失效的引起的思考

高峰

摘要：本文主要通过一次PLC运行的失效进行分析，研究失效时的原因，电磁辐射干扰的方式和原因，提出解决措施的办法，希望本文对遇到类似故障能起到一定的参考意义。

关键词：PLC；射频干扰；解决措施

中图分类号：TM571.6 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）04-0011-02

在广播电视发射台中，电磁辐射是正常的工作信号，这些正常的信号也带来了设备工作的不稳定的因素，往往使正常运行的设备工作失效，造成发射设备工作不稳定，带来偶发性的故障，严重的影响了安全播出的效果，由于是突发性的故障，更严重会带来发射及附属设备如电子管的损坏。本文主要通过一次PLC运行的失效进行分析，研究失效时的原因，电磁辐射干扰的方式和原因，提出解决措施的办法，希望本文对遇到类似故障有参考意义。

1 PLC失效的分析

这套PLC系统使用的是罗克韦尔的设备，系统主要分为，PLC控制系统、开关位置信号取样、闭锁机构和执行机构四大部分组成。工作原理是，按照预设的时间让开关切换到指定的位置，当开关到位后，开关到位的位置信号反馈给PLC开关到位，开关到位后闭锁机构锁住，发射设备可以加上高压，如果在开关不到位时，闭锁机构解锁，发射设备无法加上高压，对发射设备，倒换开关进行保护[1]。PLC控制系统（闭锁机构在闭锁状态）如图1所示。

在发射设备正常运行过程中，根据统计发现工作在11.9MHz、13.7MHz、15.3MHz、17.9MHz时，发射设备频繁掉高压后自动合上。经过故障排查发现闭锁机构在上述频率时候不断打开，造成发射设备频繁的掉高压。经过多次故障分析，检查发现PLC程序中，开关位置信号不断的显示未知状态，检查开关位置回送信号正常，当PLC程序中显示未知状态时候，闭锁机构失锁，发射机掉高压。PLC控制系统（闭锁机构在打开状态）如图2所示。

如图2所示，在发生上述故障时候，使用示波器进行检测发现，在A点和B点有明显的干扰信号，在C、D、E和F点只有正常的信号，没有看到干扰信号，读取PLC程序，在梯形图中，可以看到由于开关为位置信号取样信号经常读取不到，在没有开关位置信号的情况下，PLC认为开关不在应该的位置状态，为了保护开关防止高压连弧烧毁，PLC强制闭锁机构断开，发射设备断高压，引起上述的故障。

2 原因分析

干扰途径分析：根据统计发现工作频率在11.9MHz、13.7MHz、15.3MHz、17.9MHz时，工作波长在25.2-16.8米，对干扰源进行分析，因为发射设备工作在强电磁环境，电磁波信号在发射场区有辐射。开关位置取样信号线缆长度大概在5-30米之间，线缆长度正好在上述工作波长中间。位置取样信号线缆正好像接收天线一样，电磁信号就在位置取样信号的线缆以最大的功率传输，进而干扰PLC的输入电压，由于输入电压变化，正好在变化的门限电压上，PLC认为开关位置不到位，所以封锁强制闭锁机构[2]。

干扰电路分析：这些射频干扰对PLC的正常运行造成了不良影响，在电路中如图2所示，是一种串模信号的干扰，串模信号叠加在正常的开关位置取样信号上，是由于电缆长度及长线的感应造成，实际传输信号如图3所示。

图3中的上图U1表示正常理想的开关位置信号，下图的U1表示实际过程中，在传输线上串入干扰信号后的图形，干扰源来自传输线缆的感应信号。

3 采取的措施

通过上述测试分析，发现干扰源头是正常播出的信号，不能把正常播出的信号中断掉来抑制干扰的源头。抑制干扰的措施有很多种，常用的有使用提供稳定的电源、屏蔽、滤波、加装隔离、良好接地和在PLC软件上进行处理。

3.1 稳定的电源

在PLC系统中，PLC使用的电源是防止干扰重要手段，应为供电系统的干扰是通过电源线耦合串入PLC系统中，影响这PLC系统的电源模块、输入输出模块等。通过加装滤波器的方式来滤除射频干扰信号从电源线传到到PLC系统中。也可以在PLC的电源前端加装隔离变压器，这样来滤除射频干扰信号，有条件可以使用在线式的UPS（不间断电源）来供电，可以提供优质的没有任何谐波分量的电源，可以使PLC系统稳定可靠的工作。

3.2 屏蔽的方式

在PLC的设备机箱中使用带屏蔽的机箱，让PLC工作在屏蔽的机箱内，将无线电磁辐射减少对PLC工作机箱的耦合，阻止空间的电磁辐射到机箱中。位置取样信号的控制线使用带有屏蔽层的线缆，防止采样信号在正常传输过程中受到电磁辐射的干扰。增加屏蔽层后，电磁干扰在控制电缆中芯线产生的感应电流增大时，屏蔽层的感应电流在减少，电流方向是一致的，根据电流恒定定律，总的电流是为零的。在控制线上增加屏蔽层会使整个干扰降低。

3.3 使用电容滤波的方式

理想的电容的阻抗在理论上是：频率越高，电容的阻抗越小，开始选用电容值在左右的瓷片电容，效果不理想。由于电容的两脚电感的原因和电容容易构成一个串联谐振电路，计算和实际的误差就相差很大，根据实际测量使用的瓷片电容完美的抑制了上述干扰。有条件可以使用穿心电容，穿心电容有效的避免了上述电容两脚电感的因素，接近于理想的电容，穿心电容安装在金属屏蔽板上，起到了射频干扰的滤波作用。

在PLC的输入端，使用的是低通滤波器的形式，如图4所示，在高频干扰信号辐射到控制线中，高频信号被抑制，+24V的控制信号干净的进入PLC中，保证了PLC的正常运行。

根据自己的实际情况选用合适的滤波电容，如果选用容值较高的电容，在开关动作时，由于容值的电容比较高，会造成电容对PLC进行放电，開关实际动作和PLC显示的开关位置有一个时间差，会造成烧毁切换开关的事故。

3.4 良好接地

接地是为了提高PLC设备的运行稳定性，接地一定要规范，接地系统在整个开关控制系统中应该统一考虑PLC系统的接地、开关位置取样线屏蔽层的接地、供电系统的接地等等。整个系统要测量接地点对大地的接地电阻值，如果阻值不相等，会造成不同系统接地点的电位差值不同，造成地的电位差，有环路电流流过接地系统，将设备的地和屏蔽线的地分别接入，如果先接到一起再接到地可能会造成接地的环流，在不同的设备上如PLC、继电器、控制电源等设备上产生不同的电动势，会造成PLC因为电压差的不同逻辑错误。错误的接地会造成严重的系统干扰。严重影响了PLC的正常工作。

给屏蔽的机箱和屏蔽线提供一个良好的接地系统，抑制射频的干扰。屏蔽线需要单点接地，如果两点都接地时，两点会造成地的电位差，造成电流流过屏蔽线，有射频干扰的因素存在。在整个系统中只有控制的信号地电位，不用考虑射频的功率地电位，只要保障测量接地点与大地的接地电阻小于4Ω，使用6-15mm2的接地电缆，可以有效的抑制干扰的能力，保障PLC设备正常运转。

3.5 PLC软件上的处理

通过在软件上进行加装程序，来消除干扰。可以在PLC程序中加装定时器、计数器在程序中设计中间继电器都可以实现干扰的消除。防止触电的外部抖动和外部的射频干扰，采取增加时间定时，抖动时间的长度或外部射频的干扰时间长度小于定时时间的长度，缩短系统的相应时间，减少干扰。在输入端的程序中加装积分电路的程序，也可以有效的减少干扰。

4 结语

通过大量的实验，对PLC这一失效问题的分析，故障得以解决。射频抗干扰工作是一个系统的工作，根据现场的实际情况综合考虑各个方面的问题和因素，提出合理的解决办法，PLC系统才能正常工作，采取了上述措施后，经过了一年的试运行，PLC系统运行可靠，再没有出现上述问题，存在的问题圆满解决。

参考文献

[1]姜治臻，周雪莉.PLC项目实训——Twido系列[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]王成林.PLC系统安全运行的抗干扰措施和方法[J].电子世界，2014，（8）：267.