西门子6ES7231-0HC22-0XA8详细

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 引言
      现在电缆工业具有复杂、规模大、高速、的特点，因而对生产自动化提出了越来越高的要求。随着半导体集成电路大规模的发展，电线设备从早期的分立元件构成的简单逻辑线路系统，发展到CPU数字化平台的智能化仪表和计算机构成的立控制系统。目前大多数采用IPC和PLC及智能仪表等自动化控制技术集成控制生产线的流程线。
      本文研讨通过张力信号控制电机的转速，使电缆生产线上电线的张力接近为零。

2 生产工艺问题分析
      我们采用的电缆生产过程为：为保证挤塑机机筒内塑料温度恒定，设备采用水、风同时冷却方式。当机头挤出塑料温度、光泽、速度合适时，启动生产线。在联动控制状态下，放线机、挤塑机、牵引机、收线机的运行速度能够根据生产工艺要求和生产经验自动调整，以达到张力合适，稳定生产的目的。裸铜墙铁壁线经过挤塑机机头后被塑封上均匀的塑料，测径后经水槽冷却至40～60℃，通过风机吹干去掉电线上的水珠后印字。
      系统控制目标为：电线前张力，电线后张力，挤塑机速度，电线线径，点运动速度，冷却水温度，冷却水箱液位，挤出机冷却水压力等。

3 电线生产主线控制模式
3.1 电线生产线系统结构
      恒线速度恒张力调节系统用以牵引机的速度为全线的基准速度，实现前后张力分段。收盘机为卷取张力调节系统，放盘机为开卷机张力调节系统，前后张力方向相反。挤塑机的速度应跟随电线的牵引速度，同时也受线径的扰动调节。挤塑机温度控制分四段立控制，也受线速度的影响。水冷却系统采用水箱与水槽循环水温度控制方案。卷盘的自动排线系统采用以线速度、卷径、线径作为变量控制电机。整个系统用PLC控制启动和停止。系统结构如图1所示。
      电缆生产线采用PLC控制整个系统的运行，用变频器来控制牵引机，DSC直流调速装置用来控制卷取机，收卷机和挤塑机，通过PLC在生产过程中进行采制变频器和DCS，从而实现生产线的启动，升速降速与运行。系统因些而易于操作。

图1 电线生产线设备及系统结构图

（1）开卷机的工作。开卷机由DCS400控制，形成一个张力、电流双闭环调速系统，它按照牵引机速度进行调节。开卷机张力给定，张力反馈信号和开卷机电流、张力双闭环调节系统构成了开卷机的调速系统，随着生产的进行，开卷机上的铜线盘半径不断减小，相应的电机转速逐渐增大才能保持电线上的张力恒定，但实现裸铜线的线圈半径检测很困难于是我们采用电缆张力负反馈，这样根据张力反馈信号的大小来调节开卷机的转速，在整个过程中开卷机随着牵引机的速度转动，从而使电缆张力保持恒定，如图2所示。

图2 开卷机工作原理

（2）牵引机的工作原理。牵引机[1.2]是一个大惯性环节，通过变频器来控制其启动、调速和停车，用它来提供基速，开卷机、卷取机和挤塑机跟随牵引机的速度运行，从而才能保电线的速度恒定，从而电线上的张力很小，牵引机的速度给定电压通过一个比例调节器加在挤塑机的速度给定端，作为挤塑机的速度给定信号；这个信号决定了塑料的流速，从而决定了电线的线径的粗细，因而牵引机的速度保持基本恒定，对于不同的线径，通过变频器施加相应的给定，通过高度以满足生产所需电线直径的线速度。但这个信号与线径仪输出的线径信号之间形成一个大滞后的闭环控制系统，实现线径回控的难度相当大。

图3 牵引机工作原理

3.2 电线生产的总体工作过程
      先启动开卷电机及在给定段加一个微电压给定，让生产线上的电线有一定的微张力；再启动挤塑机，即将牵引机的电压给定通过一个比例运算器用DCS400实现转速、电流双闭环调速系统的给定端，使挤塑机先稳定运行下来，同时挤塑机中的热电阻朋电，上料器中的塑料也随温度的升高而开始溶化；牵引机接着启动，采用变频器控制调速，对于不同规格的线径采用相对立的电压给定信号，电线越粗牵引机速度越小，相应的给定电压也越小，卷取机后启动，也是由DCS400实现张力、电流双闭环可逆调速系统，从而集中保持电线上的张力恒定。卷取机和开卷机形成了立的控制系统。

4 PLC电气控制
电缆生产线中采用PLC来控制开卷机、牵引机、卷取机和挤塑机的启动、运行和停车。
PLC装置采用西门子S7系列。
PLC1中I0.1为生产线启动信号，I0.2为生产线停止信号。
PLC2中I0.1控制旋转方向，I0.2为紧急停车信号，I0.3为故障信号，I0.4为斜率选择信号，I0.5为固定速度1信号，I0.6为固定速度信号2信号。

1.概述

随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。

2.电梯理想运行曲线

根据大量的研究和实验表明,人可接受的大加速度为am≤1.5m/s2,　加速度变化率ρm≤3m/s3,电梯的理想运行曲线按加速度可划分为三角形、梯形和正弦波形，由于正弦波形加速度曲线实现较为困难，而三角形曲线大加速度和在启动及制动段的转折点处的加速度变化率均大于梯形曲线，即+ρm跳变到-ρm或由-ρm跳变到+ρm的加速度变化率，故很少采用，因梯形曲线容易实现并且有良好加速度变化率频繁指标，故被广泛采用，采用梯形加速度曲线电梯的理想运行曲线。

智能变频器是为电梯的灵活调速、控制及平层等要求而专门设计的电梯变频器，可配用通用的三相异步电动机，并具有智能化软件、标准接口、菜单提示、输入电梯曲线及其它关键参数等功能。其具有调试方便快捷，而且能自动实现单多层功能，并具有自动优化减速曲线的功能，由其组成的调速系统的爬行时间少，平层距离短，不论是双绕组电动机，还是单绕组电动机均可适用，其设计速度可达4m/s，其特的电脑软件，可选择串行接口实现输入/输出信号的无触点控制。

变频器构成的电梯系统，当变频器接收到控制器发出的呼梯方向信号，变频器依据设定的速度及加速度值，启动电动机，达到大速度后，匀速运行，在到达目的层的减速点时，控制器发出切断高速度信号，变频器以设定的减速度将大速度减至爬行速度，在减速运行过程中，变频器的能够自动计算出减速点到平层点之间的距离，并计算出优化曲线，从而能够按优化曲线运行，使低速爬行时间缩短至0.3s,在电梯的平层过程中变频器通过调整平层速度或制动斜坡来调整平层精度。即当电梯停得太早时，变频器增大低速度值或减少制动斜坡值，反之则减少低速度值或增大制动斜坡值，在电梯到距平层位置4—10cm时，有平层开关自动断开低速信号，系统按优化曲线实现的平层，从而达到平层的准确。

3.电梯速度曲线

电梯运行的舒适性取决于其运行过程中加速度a和加速度变化率p的大小，过大的加速度或加速度变化率会造成乘客的不适感。同时，为保证电梯的运行效率，a、p的值不宜过小。能保证a、p取值的电梯运行曲线称为电梯的理想运行曲线。电梯运行的理想曲线应是抛物线-直线综合速度曲线，即电梯的加、减过程由抛物线和直线构成。电梯给定曲线是否理想，直接影响实际的运行曲线。

3.1速度曲线产生方法

采用的FX2-64MR　PLC，并考虑输入输出点要求增加了FX-8EYT、FX-16EYR、FX-8EYR三个扩展模块和FX2-40AW双绞线通信适配器，FX2-40AW用于系统串行通信。利用PLC扩展功能模块D/A模块实现速度理想曲线输出，事先将数字化的理想速度曲线存入PLC寄存器，程序运行时，通过查表方式写入D/A，由D/A转换成模拟量后将速度理想曲线输出。

3.2加速给定曲线的产生

8位D/A输出0～5V/0～10V，对应数字值为16进制数00～FF，共255级。若电梯加速时间在2.5～3秒之间。按保守值计算，电梯加程中每次查表的时间间隔不宜过10ms。

由于电梯逻辑控制部分程序大，而PLC运行采用周期扫描机制，因而采用通常的查表方法，每次查表的指令时间间隔过长，不能满足给定曲线的精度要求。在PLC运行过程中，其CPU与各设备之间的信息交换、用户程序的执行、信号采集、控制量的输出等操作都是按照固定的顺序以循环扫描的方式进行的，每个循环都要对所有功能进行查询、判断和操作。这种顺序和格式不能人为改变。通常一个扫描周期，基本要完成六个步骤的工作，包括运行监视、与编程器交换信息、与数字处理器交换信息、与通讯处理器交换信息、执行用户程序和输入输出接口服务等。在一个周期内，CPU对整个用户程序只执行一遍。这种机制有其方便的一面，但实时性差。过长的扫描时间，直接影响系统对信号响应的效果，在保证控制功能的前提下，大限度地缩短CPU的周期扫描时间是一个很复杂的问题。一般只能从用户程序执行时间短采取方法。电梯逻辑控制部分的程序扫描时间已过10ms，尽管采取了一些减少程序扫描时间的办法，但仍无法将扫描时间降到10ms以下。同时，制动段曲线采用按距离原则，每段距离到的响应时间也不宜过10ms。为满足系统的实时性要求，在速度曲线的产生方式中，采用中断方法，从而有效地克服了PLC扫描机制的限制。

起动加速运行由定周期中断服务程序完成。这种中断不能由程序进行开关，一旦设定，就一直按设定时间间隔循环中断，所以，起动运行条件需放在中断服务程序中，在不满足运行条件时，中断即返回。

3.3减速制动曲线的产生

为保证制动过程的完成，需在主程序中进行制动条件判断和减速点确定。在减速点确定之前，电梯一直处于加速或稳速运行过程中。加程由固定周期中断完成，加速到对应模式的大值之后，加速程序运行条件不再满足，每次中断后，不再执行加速程序，直接从中断返回。电梯以对应模式的大值运行，在该模式减速点到后，产生高速计数中断，执行减速服务程序。在该中断服务程序中计数器设定值的条件，保证下次中断执行。

在PLC的内部寄存器中，减速曲线表的数值由大到小排列，每次中断都执行一次“表指针加1”操作，则下一次中断的查表值将小于本次中断的查表值。门区和平层区的判断均由外部信号给出，以保减程的性。

4.电梯控制系统

4.1电梯控制系统特性

在电梯运行曲线中的启动段是关系到电梯运行舒适感指标的主要环节,而舒适感又与加速度直接相关,根据控制理论,要使某个量按预定规律变化对其进行直接控制,对于电梯控制系统来说,要使加速度按理想曲线变化就采用加速度反馈,根据电动机的力矩:M—MZ=ΔM=J（dn/dt），可见加速度的变化率反映了系统动态转距的变化，控制加速度就控制系统的动态转距ΔM=M—MZ。故在此段采用加速度的时间控制原则，当启动上升段速度达到稳态值的时，将系统由加速度控制切换到速度控制，因为在稳速段，速度为恒值控制波动较小，加速度变化不大，且采用速度闭环控制可以使稳态速度保持一定的精度，为制动段的平层创造条件。在系统的速度上升段和稳速段虽都采用PI调节器控制，但两段的PI参数是不同的，以提高系统的动态响应指标。

在系统的制动段，即要对减速度进行必要的控制，以保证舒适感，又要严格地按电梯运行的速度和距离的关系来控制，以保证平层的精度。在系统的转速降至120r/min之前，为了使两者得到兼顾，采取以加速度对时间控制为主，同时根据在每一制动距离上实际转速与理论转速的偏差来修正加速度给定曲线的方法。例如在距离平层点的某一距离L处，速度应降为　Vm/s，而实际转速高为V′m/s，则说明所加的制动转距不够，因此计算出此处的给定减速度值-ag后，使其再加上一个负偏差ε，即使此处的减速度给定值修正为-（ag+ε）使给定减速度与实际速度负偏差加大，从而加大了制动转距，使速度很快降到标准值，当电动机的转速降到120r/min　以后，此时轿厢距平层只有十几厘米，电梯的运行速度很低，为防止未到平层区就停车的现象出现，以使电梯能较快地进入平层区，在此段采用比例调节，并采用时间优化控制，以保证电梯准确及时地进入平层区，以达到准确平层。

4.2电梯控制构成

由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。另外，轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送PLC的计数器来进行控制。同时，每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。

为便于观察，对电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示，采用LED和发光管显示，而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示(开关上带有指示灯)。

为了提高电梯的运行效率和平层的精度，系统要求PLC能对轿厢的加、减速以及制动进行有效的控制。根据轿厢的实际位置以及交流调速系统的控制算法来实现。为了电梯的运行，系统应设置的故障保护和相应的显示。采用PLC实现的电梯控制系统由以下几个主要部分构成。

4.2.1PLC控制电路；PLC接收来自操纵盘和每层呼梯的召唤信号、轿厢和门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号，经程序判断与运算实现电梯的集选控制。PLC在输出显示和监控信号的同时，向变频器发出运行方向、启动、加/减速运行和制动停梯等信号。

4.2.2电流、速度双闭环电路；变频器本身设有电流检测装置，由此构成电流闭环；通过和电机同轴联接的旋转编码器，产生a、b两相脉冲进入变频器，在确认方向的同时，利用脉冲计数构成速度闭环。

4.2.3位移控制电路；电梯作为一种载人工具，在位势负载状态下，除要求外，还要求运行平稳，乘坐舒适，停靠准确。采用变频调速双环控制可基本满足要求，利用现有旋转编码器构成速度环的同时，通过变频器的PG卡输出与电机速度及电梯位移成比例的脉冲数，将其引入PLC的高速计数输入端口，通过累计脉冲数，经式（1）计算出脉冲当量，由此确定电梯位置。电梯位移
h=SI
式中
I—累计脉冲数；
S—脉冲当量；

S　=　plD　/　(pr)　　　　　　　　　（1）
l—减速比；
D—牵引轮直径；
P—旋转编码器每转对应的脉冲数；
r—PG卡分频比。

4.2.4端站保护；当电梯定向上行时，上行方向继电器、快车辅助接触器、快车运行接触器、门锁继电器、上行接触器均得电吸合，抱闸打开，电梯上行。当轿厢碰到上强迫换速开关时，PLC内部锁存继电器得电吸合，定时器Tim10、Tim11开始定时，其定时的时间长短可视端站层距和梯速设定。上强迫换速开关动作后，电梯由快车运行转为慢车运行，正常情况下，上行平层时电梯应停车。如果轿厢未停而继续上行，当Tim10设定值减到零时，其常闭点断开，慢车接触器和上行接触器失电，电梯停止运行。在骄厢碰到上强迫换速开关后，由于某些原因电梯未能转为慢车运行，及快车运行接触器未能释放，当Tim11　设定值减到零时，其常闭点断开，快车运行接触器和上行接触器均失电，电梯停止运行。因此，不管是慢车运行还是快车运行，只要上强迫换速开关发出信号，不论端站其他保护开关是否动作，借助Tim10和Tim11均能使电梯停止运行，从而使电梯端站保护加。

当电梯需要下行，只要有了选梯指令，下行方向继电器得电其常开点闭合，锁存继电器被复位，Tim10和Tim11均失电，其常闭点闭合为电梯正常下行做好了准备。下端站的保护原理与上端站保护类似不再重复。
4.2.5楼层计数；楼层计数采用相对计数方式。运行前通过自学习方式，测出相应楼层高度脉冲数，对应17层电梯分别存入16个内存单元DM06～DM21。楼层计数器（CNT46）为一双向计数器，当到达各层的楼层计数点时，根据运行方向进行加1或减1计数。
运行中，高速计数器累计值实时与楼层计数点对应的脉冲数进行比较，相等时发出楼层计数信号，上行加1，下行减1。为防止计数器在计数脉冲高电平期间重复计数，采用楼层计数信号上沿触发楼层计数器。
4.2.6快速换速；当高速计数器值与快速换速点对应的脉冲数相等时，若电梯处于快速运行且本层有选层信号，发快速换速信号。若电梯中速运行或虽快速运行但本层无选层信号，则不发换速信号。
4.2.7门区信号；当高速计数器CNT47数值在门区所对应脉冲数范围内时，发门区信号。
4.2.8脉冲信号故障检测；脉冲信号的准确采集和传输在系统中显得尤为重要，为旋转编码器和脉冲传输电路故障，设计了有无脉冲信号和错漏脉冲检测电路，通过实时检测确保系统正常运行。为脉冲计数累计误差，在基站设置复位开关，接入PLC高速计数器CNT47的复位端。

5.软件设计特点
5.1采用级队列
      根据电梯所处的位置和运行方向，在编程中，采用了四个级队列，即上行级队列、上行次级队列、下行级队列、下行次级队列。其中，上行级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的阵列。上行次级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以下楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列。控制系统在电梯运行中实时排列的四个级陈列，为实现随机逻辑控制提供了基础。
5.2采用先出队列
      根据电梯的运行方向，将同向的级队列中的非零单元(有呼叫时此单元为七零单元，无呼叫时则此单元为零)送入寄存器队列(先出队列FIFO)，利用先出读出指令SFRDP指令，将FIFO个单元中的数据送入比较寄存器。
5.3采用随机逻辑控制
      当电梯以某一运行方向接近某楼层的减速位置时，判别该楼层是否有同向的呼叫信号(上行呼叫标志寄存器、下行呼叫标志寄存器、有呼叫请求时，相应寄存器为l，否则为0)，如有，将相应的寄存器的脉冲数与比较寄存器进行比较，如相同，则在该楼层减速停车：如果不相同，则将该寄存器数据送入比较寄存器，并将原比较寄存器数据保存，执行该楼层的减速停车。该动作完毕后，将被保存的数据重新送入比较寄存器，以实现随机逻辑控制。
5.4采用软件显示
      系统利用行程判断楼层，并转化成BCD码输出，通过硬件接口电路以LED显示。
5.5对变频器的控制
      PLC根据随机逻辑控制的要求，可向变频器发出正向运行、反向运行、减速以及制动信号，再由变频器根据一定的控制规律和控制算法来控制电机。同时，当系统出现故障时，PLC向变频器发出信号。
5.结束语
      采用MIC340电梯变频器构成的电梯控制系统，可实现电梯控制的智能化，但由于候梯和电梯轿内的人到达各层的人数是智能电梯无法确定的，即使采用AITP人工智能系统，传输的交通客流信息也是模糊的，为解决电梯这一垂直交通控制系统的两大不可知因素，需要我们在今后的工作中去不断的研究和探索。

3.3 在PLC 5/40C中流量累积运算的方法
      我们用梯形逻辑来实现流量累积的运算时可以采用“可选定时中断子程序”来处理，这样采样间隔时间就是固定的了。但是在PLC 5/40C中只有一个可选定时中断子程序，其定时中断时间一般较难同时满足几种逻辑功能的需要。
      我们也可以计时器指令来来作为采样间隔时间，每次计时器到了设定值就采样一次。计时器的精度不可能它的时基，因此每次计时器时和再次开始计时的时候，都要产生一个时基的正或负的误差。例如，10ms为一个时基的计时器预定计10次，其时间计算将是100ms正或负10ms。
      我们也可以采用一种技巧来减少因计时器精度带来的误差。我们采用长的时间计时来作。例如，10ms为一个时基的计时器预定计30000次(PLC 5/40C的计时器的预置值范围为0-32767)，其时间计算将是300s正或负10ms。在这其中，我们可以预定一个采样间隔时间为10个时基(100ms)以上。每次程序扫描，处理器判断如果自从上次累积运算起，时间间隔过预定时间(例如:100ms)，就将这段时间乘以当前的瞬时流量值作为累加量。在这种算法中，采样间隔时间就不是固定的了。
      另外要考虑的是运算所用到的数据格式。PLC 5/40C数据表按不同的格式和范围来存储不同类型的数据。有两种文件格式可以选择，一是N文件(整数型文件)，值的范围为-32768到+32767，占1个16位字;因为在累积运算过程中，数的乘积和多次累加值一般都会出+32767，所以我们尽量不用N文件。
      另外是F文件(浮点数文件)，值的范围为±1.175494e-38到 3.402823e+38，占1个32位字。浮点数在寄存器中32位的空间表示为:
S xxxxxxxx mmmmm
上面: s=符号 x=指数 m=尾数
可见用浮点数表示的值的十进制有效位数只有7位。因此，考虑有效位数问题。举例如下:
设A代表计算的总流量，F代表计算上一次累加的流量，把F加到A上就会计算出一个新的总流量。在控制器的存储器中，A和F使用浮点数文件格式，有效数字是7位。一旦A比F大很多时，那么A和F的加数将会产生误差。
请看计算过程:
A＝3.632523E+9
F=4.978E+3
3,632,523,000
+ 4,978
3,632,527,978
      因为这个结果只能保留7个有效位，所以舍去后几位数，写成3.632527E+9或3,632,527,000，数值978被丢失。为了避免出现这个问题，我们可以想办法使A和F在整个运算过程中不出现小数，数值不过7个有效位。4 结束语
      流量累积的运算，要尽量避免计算过程中的误差，一是要选择正确的文件存储格式，二是要避免运算值出数值范围和有效位数范围，三是尽可能减少采样时间的定时器带来的误差。在上面PLC5/40C的梯形逻辑中，我们按照以上几个原则，经过细致的考虑和计算，使用长预置值的参考定时器，并使所有被用到的浮点数文件的值的有效位数不出范围，不出现小数，避免了丢失小的数值，从而实现的累积运算，满足了工艺要求。

1  引言
      可编程序控制器(PLC)作为新一代的工业控制器，因其具有通用性好，实用性强，硬件配套齐全，编程方法简单易学等优点而广泛应用于电力、机械、纺织、电子、交通运输、石油化工等行业的自动化控制系统中。可编程控制器是专门为工业控制设计的，在设计和制造过程中厂家采取了多层次抗干扰措施，使系统能在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作。运行的稳定性和性很高，PLC整机平均无故障工作时间高达几万小时。随着计算技术的发展，PLC的功能也越来越强，使用越来越方便。但是，整机的性高只是保证系统工作的前提，还在设计和安装PLC系统过程中采取相应的措施，才能保证系统工作。如果PLC的工作环境过于恶劣，如温度过高、湿度过大、振动和冲击过强，以及电磁干扰严重或安装使用不当等，都会直接影响PLC的正常、、的运行， 加上外围电路的抗干扰措施不力，而使整个控制系统的性大大降低，甚至出现故障。因此，在系统设计时应予以充分的考虑，在硬件上进行适当配置并辅以相应的软件，以实现系统故障的防范。PLC控制系统的性直接影响到企业的生产和经济运行，PLC系统的抗干扰能力是整个系统运行的关键。因此，分析研究PLC应用中的性和抗干扰技术是十分必要的。要提高PLC控制系统的性，一是在硬件上采取措施;二是在软件上设计相应的保护程序;因此，PLC控制系统的抗干扰非常重要。本文将主要探讨PLC控制系统中常见的干扰源及其防范措施。

2  干扰源
      PLC系统的干扰源根据其来源分为内部干扰源和外部干扰源。内部干扰源主要包括:由于元器件布局不合理造成内部信号相互串扰;线路中存在的电容性元件引起的寄生振荡;数字地、模拟地和系统地处理不当。外部干扰源包括供电电源电压波动和高次谐波的干扰;开关通断形成的高、低频干扰;动力强电信号在系统中产生感应电势引起的干扰;其它设备通过电容耦合串入控制系统而引起的干扰等。按钮、继电器等工作时触点间产生的电弧，雷击和静电产生的火花放电，接触器线圈、断电器线圈、电磁铁线圈等感应负载断开时产生的浪涌电压，外界的高频加热器、高频淬火设备、杂乱的无线电波信号、电源电压的波动等等，以上这些都是能够使PLC出现误动作的典型干扰源，以下简单介绍一下共模干扰和常模干扰。
(1) 共模干扰
电源线、输入/输出信号线与接地线之间所产生的电位差会对PLC内部回路与各线路的外部信号之间的寄生电容进行放电，引起PLC内部回路电压剧烈波动，这种干扰称为共模干扰。各导线上感应电弧、高电位的感应电压、电波和静电等均为共模干扰源。寄生电容的容量越小，PLC内部回路电压波动也越小。
(2) 常模干扰
连接在线路上的感性负载或感性电器设备产生的反电势称之为常模干扰，它主要存在于电源线和输入、输出线上，也叫线间干扰。

3  干扰途径
      PLC控制系统受到干扰的主要途径是电源线、输入、输出线和空中等部位。电源被干扰后，PLC控制系统的供电质量变差，引起PLC控制失灵。输入、输出线被干扰后，出现输入、输出控制紊乱。空中干扰主要以电磁感应、静电感应形式使PLC的CPU出现误操作。

4　硬件抗干扰措施
4.1 电源干扰的抑制
PLC系统电源要与整个供电系统的动力电源分开，一般在进入PLC系统之间加屏蔽隔离变压器。屏蔽隔离变压器的次级侧至PLC系统间采用不小于2mm2的双绞线。屏蔽体一般位于一、二次侧两线圈之间并与大地连接，这样就可线圈间的直接耦合。另外，电源谐波比较严重时，可在隔离稳压器加滤波器来电源的大部分谐波。必要时可在供电的电源线路上接入低通滤波器，以便滤去高频干扰信号。滤波器应放在隔离变压器之前，即先滤波后隔离。分离供电系统，将控制器、I/O通道和其它设备的供电采用各自的隔离变压器分离开来，也有助于抗电网干扰。
4.2 线间干扰的抑制
PLC控制系统线路中有电源线、输入/输出线、动力线和接地线，布线不恰当则会造成电磁感应和静电感应等干扰，因此按照特定要求布线，如尽可能的等间距，以及避免线路绕圈等。
(1) 接地线
为了和抑制干扰，系统一般要正确接地。系统接地方式一般有浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对PLC控制系统而言，它属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都1MHz，所以PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的PLC系统适于并联一点接地方式，各装置的柜体接地点以单的接地线引向接地。如果装置间距较大，应采用串联一点接地方式。用一根大截面铜母线(或绝缘电缆)连接各装置的柜体接地点，然后将接地母线直接连接接地。接地线采用截面大于20mm2的铜导线，总母线使用截面大于60mm2的铜排。接地的接地电阻小于2Ω，接地埋在距建筑物10～15m远处，而且PLC系统接地点与强电设备接地点相距10m以上。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地;不接地时，应在PLC侧接地;信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地;多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理。选择适当的接地处单点接点。PLC电源线、I/O电源线、输入、输出信号线，交流线、直流线都应尽量分开布线。开关量信号线与模拟量信号线也应分开布线，而且后者应采用屏蔽线，并且将屏蔽层接地。数字传输线也要采用屏蔽线，并且要将屏蔽层接地。PLC系统单接地，也可以与其他设备公共接地，但严禁与其他设备串联接地。连接接地线时，应注意以下几点:
(a) PLC控制系统单接地。
(b) PLC系统接地端子是抗干扰的中性端子，应与接地端子连接，其正确接地可以有效电源系统的共模干扰。
(c) PLC系统的接地电阻应小于100Ω，接地线至少用20mm2的接地线，以防止感应电的产生。
(d) 输入输出信号电缆的屏蔽线应与接地端子端连接，且接地良好。
(2) 电源线、I/O线与动力线
动力电缆为高压大电流线路，PLC系统的配线靠近时会产生干扰，因此布线时要将PLC的输入输出线与其它控制线分开，不要共用一条电缆。外部布线时应将控制电缆、动力电缆、输入输出线分开且单布线，它们之间一般应保持30cm以上一定的间距。当实际情况只能允许在同槽布线时，应用金属板把控制电缆、动力电缆、输入输出线间隔开来并屏蔽，金属板还接地。隔离变压器二次侧的电源线要采用2mm2以上的铜芯聚绝缘双绞软线。经过这样处理的电源线、输入、输出线与动力线就可以减少外界磁场及它们之间的干扰。
4.3 外围设备干扰的抑制
(1) PLC输入与输出端子的保护
当输入信号源为感性元件，输出驱动的负载为感性元件时，对于直流电路应在它们两端并联续流二管。对于交流电路，应在它们两端并联阻容吸收电路。采取以上措施是为了防止在电感性输入或输出电路断开时产生很高的感应电势或浪涌电流对PLC输入、输出端点及内部电源的冲击，当PLC的驱动元件主要是电磁阀和交流接触器线圈，应在PLC输出端与驱动元件之间增加光电隔离的过零型固态继电器AC-SSR。
(2) 输入与输出信号的防错
 当输入信号源为晶体管，或是光电开关输出类型时，当输出元件为双向晶闸管，或是晶体管输出，而外部负载又很小时，会因为这类输出元件在关断时有较大的漏电流，使输入电路和外部负载电路不能关断，导致输入与输出信号的错误，为此应在这类输入、输出端并联旁路电阻，以减小PLC输入电流和外部负载上的电流。
(3) 漏电流 
当采用接近开关、光电开关等DC两线式传感器输入信号时，若漏电流较大时，应考虑由此而产生的误动作，使PLC输入信号不能关断。一般在PLC输入端子上接一旁路电阻以减少输入阻抗。同样用双向可控硅为输出时，为避免漏电流等原因引起输出的元件关断不了，也可以在输出端并联一旁路电阻。
(4) 浪涌电压 
在控制器触点(开关量)输出的场合，不管控制器本身有无抗干扰措施，都应采用RC吸收(交流负载)或并接续流二级管(直流负载)，以吸收感性负载产生的浪涌电压。
(5) 冲击电流
  用晶体管或双向可控硅输出模块驱动白炽灯之类的有较大电源负载时，为保护输出模块，应在PLC输出端并接旁路电阻或与负载串联限流电阻。
4.4 电磁干扰的抑制
根据干扰模式的不同，PLC控制系统的电磁干扰分为共模干扰和差模干扰，共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电时，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏(这就是一些PLC系统I/O模件损坏率较高的主要原因)，这种共模干扰可为直流，亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换成共模干扰所形成的电压，这种电压叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。为了保证PLC控制系统在工业环境中免受或减少内外上述电磁干扰，采取3个方面抑制措施:抑制干扰源;切断或衰减电磁干扰的传播途径;提高装置和系统的抗干扰能力。通常一般采用隔离和屏蔽的方法来实现。
4.5 安装中的抗干扰措施
PLC控制系统所处的环境对其自身抗干扰也有一定的关系，因此在安装时应注意以下几个方面。
(1) 滤波器、隔离稳压器应设在PLC柜电源进线口处，不让干扰进入柜内，或尽量缩短进线距离。
(2) PLC控制柜应尽可能远离高压柜、大动力设备、高频设备。
(3) PLC控制柜要远离继电器之类的电磁线圈和容易产生电弧的触点。
(4) 整台PLC机要远离发热的电气设备或其它热源，并置放在通风良好的位置上。
(5) PLC程控器的外部要有的系统以防止雨水进入，造成机器损坏。

5  软件抗干扰措施
      控制器的外部开关量和模拟量输入信号，由于噪声、干扰、开关的误动作、模拟信号误差等因素的影响，不可避免会形成输入信号的错误，引起程序判断失误，造成事故。当按钮、开关作为输入信号时，则不可避免产生抖动;输入信号是继电器触点，有时会产生瞬间跳动，将会引起系统误动作。在这种情况下，可采用定时器延时来去掉抖动，定时时间根据触点抖动情况和系统要求的响应速度而定，这样可保证触点确实稳定闭合(或断开后)才执行。
对于模拟信号可采用多种软件滤波方法来提高数据的性。连续采样多次，采样间隔根据Ａ/Ｄ转换时间和该信号的变化频率而定。采样数据先后存放在不同的数据寄存器中，经比较后取中间值或平均值作为当前输入值。常用的滤波方法有程序判断滤波、中值滤波、滑动平均值滤波、防脉冲干扰平均值滤波、算术平均值滤波、去值平均滤波等。
(1) 程序判断滤波适用于对采样信号因受到随机干扰或传感器不稳定而引起的失真进行滤波。设计时根据经验确定两次采样允许的大偏差，若先后两次采样的信号差值大于偏差，表明输入是干扰信号，应去掉，用上次采样值作为本次采样值。若差值不大于偏差，则本次采样值有效。
(2) 中值滤波是连续输入3个采样信号，从中选择一个中间值作为有效采样信号。
(3) 滑动平均值滤波是将数据存储器的一个区域(20个单元左右)作为循环队列，每次数据采集时先去掉队的一个数据，再把新数据放入队尾，然后求平均值。
(4) 去值平均滤波是连续采样N次，求数据的累加和，同时找出其中的大值和小值，从累加和中减去大值和小值，再求(N-2)个数据的平均值作为有效的采样值。
(5) 算术平均值滤波是求连续输入的N个采样数据的算术平均值作为有效的信号。它不能明显的脉冲干扰，只是削弱其影响。要提果可采用去值平均滤波。
(6) 防脉冲干扰平均值滤波是连续进行4次采样，去掉其中的大值和小值，再求剩下的两个数据的平均值。它实际上是去值平均滤波的特例。
在设计中还可以用线性插值法、二次抛物线插值法或分段曲线拟合等方法对数据进行非线性补偿，提高数据的线性度。也可采用零位补偿或自动零跟踪补偿等方法来处理零漂，修正误差，提高采样数据的精度。
另外还可进行信号相容性检查。包括开关信号之间的状态是否矛盾，模拟信号值的变化范围是否正常，开关量信号与模拟量信号之间是否一致，以及各信号的时序关系是否正确。

6  结束语
      PLC控制系统的性设计在系统设计中占有重要地位，在实际设计中只有根据应用系统的具体特点和应用环境的具体条件，灵活地选择行之有效的性设计技术和抗干扰方法，、合理地考虑系统的软件和硬件设计，从总体上提高系统的抗干扰能力和性。
      PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制干扰，对有些干扰情况还需做具体分析，本文仅对常用的硬件和软件抗干扰措施进行了探讨。在实际开发过程中，应充分考虑到对PLC的各种不利因素，在硬件、软件的设计和安装中采取适当的保护措施，就可以使控制系统、地运行。