變電所PLC測控系統(tǒng)抗干擾設(shè)計

1 引言

　　plc是專門為工業(yè)環(huán)境設(shè)計的控制裝置，一般不采取什么特殊措施，可以直接在工業(yè)環(huán)境下使用。但在地鐵等高可靠集中供電場所，供電系統(tǒng)中存在大功率電氣設(shè)備，這些設(shè)備在開斷、閉合時往往產(chǎn)生很強的干擾信號。干擾信號可以沿供電線路侵入plc系統(tǒng)、或者通過控制系統(tǒng)的前后向通道直接進入plc系統(tǒng)、或者以場的形式從空間輻射到cpu系統(tǒng)，嚴重影響著測控系統(tǒng)的可靠運行。本文分別就變電所plc測控系統(tǒng)的硬件和軟件提出抗干擾設(shè)計方案，有效地提高了測控系統(tǒng)的工作可靠性。

2 plc硬件抗干擾

　　2.1 電源側(cè)

　　抑制電源系統(tǒng)引入的干擾：電網(wǎng)的干擾、頻率的波動，將直接影響plc系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。如何抑制電源系統(tǒng)的干擾是提高plc的抗干擾性能的主要環(huán)節(jié)。加裝濾波、隔離、屏蔽、開關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)。設(shè)置濾波器的作用是為了抑制干擾信號從電源線傳導(dǎo)到系統(tǒng)中，為了抑制電網(wǎng)大容量設(shè)備起停引起電壓的波動，保持供電電壓的穩(wěn)壓，可采用開關(guān)穩(wěn)壓電源。分離供電系統(tǒng)：plc的控制器與i/o系統(tǒng)分別由各自的隔離變壓器供電，并與主電源分開，這樣當(dāng)輸入輸出供電斷電時，不會影響到控制器的供電。

　　2.2 接地側(cè)

　　良好的接地是保證plc可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地線與機器的接地端相聯(lián)，基本單元必須接地，如果選用擴展單元，其接地點與基本單元接地點接在一起。為了抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾，應(yīng)給plc接以專用地線，接地線與動力設(shè)備(如電動機)的接地點應(yīng)分開。另外接地電阻要小于10歐姆，接地線要粗，接地面積要大于2平方毫米，而且接地點最好靠近plc裝置，其間的距離要小于50米，接地線應(yīng)避開強電回路，若無法避開時，應(yīng)垂直相交，縮短平行走線的長度。實踐證明，接地往往是抑制噪聲和防止干擾的重要手段，良好的接地方式可在很大程度上抑制內(nèi)部噪聲的耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

　　2.3 信號側(cè)

　　為了實現(xiàn)輸入輸出電路上的完全隔離，近年來在控制系統(tǒng)中光電耦合得到廣泛應(yīng)用，已稱為防止干擾的最有效措施之一。光電耦合器具有以下特點：首先，由于是密封在一個管殼內(nèi)，不會受到外界光的干擾；其次，由于靠光傳送信號，切斷了各部件電路之間地線的聯(lián)系；第三，發(fā)光二極管動態(tài)電阻非常小，而干擾源的內(nèi)阻一般很大，能夠傳送到光電耦合器輸入輸出的干擾信號就變得很小；第四，光電耦合器的傳輸比和晶體管的放大倍數(shù)相比，一般很小，遠不如晶體管對干擾信號那么靈敏，而光電耦合器的發(fā)光二極管只有在通過一定的電流時才能發(fā)光。因此，即使在干擾電壓幅值較高的情況下，由于沒有足夠的能量，仍不能使發(fā)光二極管發(fā)光，從而可以有效地抑制掉干擾信號。

　　plc在硬件設(shè)計方面，首先對器件進行了嚴格的篩選和優(yōu)化，而且在電路結(jié)構(gòu)及工藝上采取了一些獨特的方式。例如，在輸入/輸出電路中都采用了光電隔離措施，做到電浮空，既方便接地，又提高了抗干擾性能；各個i/o端口除采用了常規(guī)模擬濾波外，還加上數(shù)字濾波；內(nèi)部采用了電磁屏蔽措施，防止輻射干擾；采用了較先進的電源電路，以防止由電源回路串入的干擾信號。

3 plc軟件抗干擾

　　盡管在抗干擾設(shè)計中采用了硬件措施，但由于干擾信號產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，且具有很大的隨機性，很難保證系統(tǒng)完全不受干擾。因此往往在硬件抗干擾措施的基礎(chǔ)上，采取軟件抗干擾技術(shù)加以補充，作為硬件措施的輔助手段。軟件抗干擾方法簡單、靈活方便、耗費資源少，在微機測控系統(tǒng)中獲得了廣泛應(yīng)用。

　　在軟件設(shè)計時，通常需要采用軟件容錯技術(shù)來提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。軟件容錯技術(shù)的工作原理是允許系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤或故障，當(dāng)其發(fā)生時，系統(tǒng)會自動采取相應(yīng)的容錯措施來消除它或減輕其對系統(tǒng)的影響，以保證系統(tǒng)的正常運行。

　　本文采用西門子s7系列plc討論基于rs-485網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件容錯技術(shù)。

　　3.1 數(shù)據(jù)通信的容錯技術(shù)

　　監(jiān)控系統(tǒng)與現(xiàn)場各個測控分站通信是主從方式，采用固定幀長度或變幀長的報文格式來交換數(shù)據(jù)，即主站主動循環(huán)地向從站發(fā)送數(shù)據(jù)請求報文，當(dāng)從站接受請求后，才響應(yīng)數(shù)據(jù)報文。

　　為了消除由于線路干擾而產(chǎn)生的非法數(shù)據(jù)，監(jiān)控系統(tǒng)接收到響應(yīng)數(shù)據(jù)后，通過數(shù)據(jù)校驗來判斷數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)監(jiān)測到數(shù)據(jù)通信錯誤后，系統(tǒng)會自動將該幀數(shù)據(jù)丟失，并重新發(fā)送數(shù)據(jù)請求報文，來獲取分站響應(yīng)的正確數(shù)據(jù)。

　　有時由于線路干擾、分站忙等原因，造成分站對主站的請求無響應(yīng)，可采用有限次地定時重發(fā)數(shù)據(jù)請求報文，恢復(fù)正常通信，當(dāng)重發(fā)1次請求報文后，該分站仍然無響應(yīng)，系統(tǒng)就會報告錯誤信息，并開始與下一個分站的通信。對應(yīng)部分程序如下：

cscl: l "pa100-cfcs" //因泰萊pa100單元－重發(fā)次數(shù)
l 1
>=i
jc txzd //重發(fā)次數(shù)大于等于2，跳至通信中斷。
txzd: l "pa100-zhno" //通信中斷子程序
l 1
-i
slw 3
lar1
l 1
opn "pa100-ztdb" //因泰萊pa100單元－通信狀態(tài)db
t dbb [ar1,p#0.0] //中斷，則對應(yīng)分站通信狀態(tài)字節(jié)置1。

　　3.2 監(jiān)控系統(tǒng)運行的容錯技術(shù)

　　監(jiān)控系統(tǒng)在長時間運行時，可能出現(xiàn)系統(tǒng)錯誤，為了保證系統(tǒng)的正常可靠運行，需要使用軟件看門狗容錯技術(shù)，來自動檢測錯誤并消除錯誤，使恢復(fù)系統(tǒng)正常工作。

　　(1)內(nèi)部看門狗的軟件實現(xiàn)：內(nèi)部看門狗用于在cp340下發(fā)命令幀成功后，監(jiān)測cp340接收數(shù)據(jù)正常與否，如果接收數(shù)據(jù)不成功，則判斷內(nèi)部看門狗定時時間是否到，如果沒有到定時時間則說明數(shù)據(jù)還沒有接收完整，繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，如果定時時間到，則說明由于干擾，接收數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤，此時就要跳至超時處理程序，相關(guān)程序如下所示：

a "pa100-fscg" //如果cp340下發(fā)命令幀發(fā)送成功
l s5t#500ms //設(shè)置定時器t1,時間為500ms
ss t 1 //啟動定時器
.
.
.
an "pa100-jscg" //如果cp340接收數(shù)據(jù)不成功
jc csjc //跳至超時檢測程序
.
.
.
csjc: a t 1 //定時時間到
jc cscl //跳至超時處理程序
ju end
　(2)外部看門狗的軟件實現(xiàn)：當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生串口通信發(fā)生全部失效錯誤，即系統(tǒng)無任何響應(yīng)時，可以通過外部看門狗將系統(tǒng)進行重新初始化，即先復(fù)位串口通信模塊，再重新打開串口以恢復(fù)正常通信。

a m 23.2 //位m23.2為1時，啟動t3定時器。
l s5t#500ms
ss t 3
an m 23.2 //位23.2為0時，改令牌。
jc glp
call "p_rcv" , db2 //位23.2為1時，復(fù)位系統(tǒng)接受功能塊。
en_r :=false
r :=true
laddr :=256
db_no :=4
dbb_no:=0
ndr :="pa100-jscg"
error :="pa100-jserror"
len :="pa100-jslen"
status:="pa100-jsstatus"
a t 3 //定時時間到，改令牌。
jc glp
ju end
glp: l 0 //改令牌程序，返回到正常輪詢。
t "pa100-token"
set
r t 3 //復(fù)位定時器t3
r m 23.2 //復(fù)位m23.2
end: nop 0

　　(3)plc掃描周期看門狗的軟件實現(xiàn)：plc掃描周期看門狗是提高系統(tǒng)可靠性的一個有效措施，它是在plc內(nèi)部設(shè)置一個監(jiān)視定時器。這是一個硬件時鐘，是為了監(jiān)視plc的每次掃描時間而設(shè)置的，對它預(yù)先設(shè)定好規(guī)定時間，每個掃描周期都要監(jiān)視掃描時間是否超過規(guī)定值。如果程序運行正常，則在每次掃描周期的公共處理階段對看門狗進行復(fù)位，避免由于plc在執(zhí)行程序的過程中進入死循環(huán)，或者由于plc執(zhí)行非預(yù)定的程序而造成系統(tǒng)故障，從而導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。如果程序運行失常進入死循環(huán)，則看門狗得不到按時清零而超時溢出，將給出報警信號或停止plc工作。

4 結(jié)束語

　　本文詳細地介紹了變電所plc測控系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計。針對變電所的工作環(huán)境提出了測控系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計方案，這樣經(jīng)過硬件與軟件的抗干擾設(shè)計就能有效地提高測控系統(tǒng)的工作可靠性。該系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，運行結(jié)果表明：所采取的抗干擾措施，有效地提高了系統(tǒng)運行的可靠性。