电解加工机床PLC控制系统的抗干扰技术研究_陈远龙

组合机床与自动化加工技术

ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechnique

No．11Nov．2011

文章编号：1001－2265（2011）10－0067－03

电解加工机床PLC控制系统的抗干扰技术研究

陈远龙，占化斌，万胜美

（合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥230009）

摘要：以PLC控制系统在数控电解加工机床中的实际应用为例，深入分析影响PLC控制系统正常工

作的干扰因素，并结合电解加工机床PLC控制系统抗干扰设计，分别从PLC电源抗干扰、输入输出信号抗干扰、接地抗干扰、软件编程抗干扰、光电耦合抗干扰等方面，提出一系列抗干扰措施。实践证明，这些抗干扰方法和措施切实有效，使得整个PLC控制系统运行更加稳定、可靠。关键词：电解加工机床；PLC控制系统；抗干扰中图分类号：TH161；TP271文献标识码：AStudyonAnti-jammingofECMMachineToolwithPLCControlSystem

CHENYuan-long，ZHANHua-bin，WANSheng-mei

（SchoolofMechanicandAutomotiveEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China）Abstract：AnalyzingdeeplytheinterferencedisturbingPLCcontrolsystem’snormalworkofNCECM

aseriesofanti-jammingmeasuresaresuggestedintheanti-jammingdesignofECMma-machinetool，

chinetool．Suchasintheanti-jammingofPLCpowersupply，inputandoutputsignals，ground，software

etc．Theseanti-interferencemethodsandmeasuresareprovedeffec-programmingandopticalcoupling，

tive，anditmakestheentirePLCcontrolsystemmorestableandreliable．Keywords：ECMmachinetool；PLCcontrolsystem；anti-jamming

0引言

PLC是专为工业环境而设计的控制装置，为提高PLC工作的可靠性，其本身在软硬件上均采取了

在一般的工厂环境下完全可以一系列抗干扰措施，

［1］

可靠的工作。电解加工机床控制系统工作在潮湿并且有大量腐蚀性气体和复杂电磁干扰的环境中，其受到的干扰较强。因此，数控电解加工机床的控制系统一般选择PLC控制系统。

它受到空间各种电磁干扰的影于电网覆盖范围很广，

响，感应出感应电压和感应电流。在整个电路中，电网内部的变化，大型电力设备的启停、交直流传动装置引

闸刀开关产生的浪涌，电网短路暂态等都会起的谐波、

PLC控制系统通过输电线传到电源。在工业环境下，

70%的干扰是通过电源耦合进来的［3］。1.2

信号线引入的干扰

与PLC输入输出模块相连接的信号线，除传输有效的各类信息外，总会有外部干扰信号的侵入。信号线受空间电磁辐射的干扰，这种干扰是来自信

该种干扰往往比较严重，例如号线外部的感应干扰，

引起共地系统总线回流，造成逻辑信号间互相干扰，

误动作和死机。数据变化，1.3

接地系统混乱导致的干扰

接地可以有效提高系统的抗干扰能力，用正确

的方法接地既能抑制电磁干扰的影响又能抑制系统内的设备向外界发出电磁干扰；但是如果接地方式

反而会引入更多的干扰信号，影响PLC控制系不当，

1电解加工PLC控制系统的干扰来源

电解加工不同于传统的加工方式，它伴随着大

电流和高压电解液。电解加工电流根据要求从几安培到几万安培不等，提供大电流的电解加工电源的

［2］

影响对整个PLC控制起停会产生较强电磁干扰，

系统的工作。此外，在电解加工控制系统中，伺服驱动器和车间中其他大功率设备的工作也会产生强电

影响系统的稳定运行。磁干扰，1.1

来自电源的干扰

PLC控制系统的正常供电电源均由电网供电。由

收稿日期：2011－03－21

（E－mail）作者简介：陈远龙（1964—），男，安徽滁州人，合肥工业大学特种加工研究所教授，工学博士，研究方向为特种加工工艺及设备，

chenyuanlong@sina．com；zhanbin6486@163．com。

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组合机床与自动化加工技术

第11期

统的正常工作。

2电解加工控制系统的抗干扰措施

为保证电解加工PLC控制系统在工业环境下免

保证系统可靠稳定的工作，在控制系统受电磁干扰，

的设计阶段就必须考虑从三个方面采取抗干扰措施：①抑制或切断干扰源；②阻断或衰减电磁干扰的

［4］

耦合通道；③提高装置和系统的抗干扰能力。2.1

PLC控制系统电源的抗干扰措施

在PLC控制系统中，电源的地位极其重要。在

电源主要指PLC电源、伺服驱电解加工控制系统中，

动器电源和触摸屏电源等。电网的干扰窜入主要是

变送器供电电源和与通过PLC系统的供电电源、

PLC有直接电气连接的仪表供电电源耦合进入。因此在设计控制系统时除选择隔离性能好的PLC电源外，还就电网干扰窜入实施一系列抗干扰措施。在干扰较强或对可靠性要求较高的场合，可以在PLC的交流电源输入端加接抗干扰电源或净化稳压电源，也可以在PLC的输入端设置电源滤波电路，它可

“毛刺”。以吸收掉电源的大部分

如图1所示，在设计电解加工PLC控制系统时，根据系统对可靠性的要求，在把电网电源在接入PLC电源之前，一般选用隔离屏蔽变压器对电网电

并且要求变压器的容量应比实际源进行屏蔽变压，

需要大1.2～1.5倍左右。同时还要求变压器的屏蔽

次级线圈连接采用双绞线，以减少电源层接地良好，

在隔离屏蔽变压器之后加装一个线间干扰。另外，

这样干扰信号在经过一级隔离屏蔽之稳压滤波器，

从而增强了控制后又经过二级滤波将会大大减弱，

系统中PLC电源供电的可靠性。图2为电解加工控制系统交流伺服驱动器电源抗干扰措施。首先将电

然后将滤波后的电源通过隔离源通过EMI滤波器，

屏蔽变压器，最后才引入交流伺服驱动器。

然后再通过开关电源得到触摸屏所需要的直流源，

24V的电压。开关电源具有一定的屏蔽和抗干扰作

直接为触摸屏专用HMI电源供电。用，

图3触摸屏电源抗干扰处理图

2.2输入输出信号的抗干扰措施

为防止输入、输出信号受到干扰，首先在硬件上应选用绝缘型I/O模块；其次是PLC电源线，输入信输出信号线，交流线、直流线都应尽量分开布号线，线，开关量信号线与模拟量信号线也应分开布线，且后者采用屏蔽线。开关量信号线多采用双绞线，双绞线中电流方向相反，大小相等，可将感应电流引起的噪声互相抵消。

输入信号线之间存在差模干扰，可以利用输入模块滤波来减少干扰，而输入线与大地间的共模干扰可通过控制器的接地来抑制。在输入端有感性负载时，为了防止电路信号突变而产生感应电势，可采用硬件的可靠性容错和容差设计技术，对于交流输入信号，可在负载两端并联电容C和电阻R，对于直流输入信号，可并接续流二极管。

此外，在干扰较强的场合，为防止干扰通过输入输出信号线窜入PLC，一般加装中间继电器进行隔［5］

在电解加工机床限位控制电路离。如图4所示，

的设计时，考虑到接近开关在电磁环境下工作，为防止电磁干扰从输入信号线窜入PLC，故加装中间继电器进行隔离。

图1PLC电源抗干扰处理图图4PLC限位输入信号经过中间继电器隔离电路图

在交流感性负载场合，当负载较大时，感性负载的起停会产生很强的浪涌和谐波，会对其它元件产生损坏并对整个控制系统产生干扰。在该种情况下，一般在感性负载两端接浪涌吸收器，浪

图2

伺服驱动器电源抗干扰图

如图3所示，在电解加工控制系统中，触摸屏的

电源与PLC、交流伺服系统的电源一样也要采取一定的抗干扰措施。在该系统中，首先将外界380V电源通过隔离屏蔽变压器得到比较稳定的220V的电

涌吸收器越接近负载，抗干扰效果越好。

如图5所示，在电解加工机床伺服电机的制动回路中，为降低干扰，浪涌吸收器（LY1）吸收来自制动线圈产生的浪涌和谐波，保证制动回路可靠稳定的运行。

2011年11月陈远龙，等：电解加工机床PLC控制系统的抗干扰技术研究

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大型的PLC控制系统中对于模拟量输入的干扰还经

常用到软件滤波和数字滤波等抗干扰措施。2.5

光电耦合器抗干扰

光电耦合器常被用在PLC输入模块和输出模块中用来抑制外部干扰。光电耦合器在控制系统设计时被大量采用是由其特点决定的：①光电耦合器动态输入电阻小，产生干扰的信号源内阻一般都很大，因此光电耦合器输入端实际得到的干扰电压信号很小；②光电耦合器是一种电流输入元件，当输入电流小于1.5mA时，输入信号被当作0，系统不动作；③光电耦合器输入输出电路间的绝缘电阻很大，可以避免公共地线环流可能引起的干扰。在电解加工控

除模拟量模块中应用到光电耦合器外，制系统设计时，

在电解加工机床的对刀电路设计时也应用到光电耦合

用于减少或消除了外部窜入的干扰，保证了系统稳器，

定的工作。图6为电解加工的对刀输入电路。

图5浪涌吸收器LY1抗干扰图

2.3接地抗干扰措施

控制系统接地有两个目的，一方面是为了安全，另一方面是为了抑制干扰。但是如果接地方式不

可能会引入更多的干扰信号，使PLC系统无法正当，常工作。

系统的接地方式分为浮地方式、直接接地和电容接地。对于PLC控制系统而言，它属于高速低电平控制装置，因此采用直接接地方式。PLC控制系

交流地、屏蔽地统的接地主要有下列几种：信号地、

和保护地。信号地是指输入端元件传感器的地；交

其接地铜板与其他接流地是交流供电电源的N线，

地铜板应分开；屏蔽地是为防止电磁感应而设置的外壳或金属丝网，通过专门的铜导线与接地铜板相连；保护地是将设备的外壳接地用以防止设备漏电保护人身安全。

接地系统混乱对PLC系统的干扰是在不同接地点之间存在电位差，导致环路电流的产生，进而影响整个系统的工作。因此在信号源接地时，电缆的屏蔽层应在信号侧单点接地；信号源不接地时，应在PLC侧将屏蔽层接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，避免多点接地。如果

就存在电位差，会有电流流过屏蔽层，两端都接地，

通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。柜体接地是保护接地，如果柜体带电，可从保护地导入地下，保护人体不受伤害。屏蔽地、保护地不能与交流信号地扭在一起，只能各自独立的接到接地铜牌。地、

在设计电解加工PLC控制系统时，除兼顾以上接地措施外，还对控制系统中的触摸屏进行了接地。触摸屏电源和触摸屏本身都要经过接地处理，不能将直流电源的负极接到控制柜的外壳上，否则将可能由于控制柜外壳的接地阻抗过高而产生干扰。2.4

软件抗干扰

PLC内部具有丰富的软元件，如定时器、计数器、中间继电器等，利用这些软元件可以编写程序，用来屏蔽输入元件的干扰信号，防止输出元件的误

［6］

动作，提高系统的抗干扰能力。例如在电解加工控制系统设计时首先利用PLC内部定时器的延时，屏蔽输入端可能出现的错误信号，其次利用PLC内部计数器防止输入元件触点“抖动”干扰。在一些

图6电解加工对刀电路光电耦合抗干扰图

3结束语

PLC控制系统在工业中应用越来越广泛，其工

在PLC控制系统的设计作环境也日趋复杂。因此，

中，通过正确设计硬件线路，合理布线，选用高质量

使系统的元器件以及利用软件设计抗干扰等措施，

在实际应用中能够更加稳定、可靠的运行。

［参考文献］

［1］廖常初．PLC应用技术问答［M］．北京：机械工业出版

2006．社，

［2］朱树敏，M］．北京：化学工业出版等．电化学加工技术［

2006．社，

［3］周志敏，．北京：等．PLC控制系统电磁兼容性技术［M］

2008．人名邮电出版社，

［4］赵琳，翟诺，申敏．工业控制系统中应用的PLC抗干扰技

J］．自动化技术与应用，2008，27（9）：129－131．术［

［5］刘美俊，胡俊达，等．PLC在四工位组合机床控制系统中的

J］．组合机床与自动化加工技术，2003（5）：73－74．应用［

［6］陆秀令，J］．机电工程等．提高PLC抗干扰的软件设计［

2004，33（6）：72－74．技术，

（编辑

赵蓉）