1引言

plc是專門為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)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(chǎng)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(shí)往往產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾信號(hào)。干擾信號(hào)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(jìn)入plc系統(tǒng)、或者以場(chǎng)的形式從空間輻射到cpu系統(tǒng)，嚴(yán)重影響著測(cè)控系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。本文分別就變電所plc測(cè)控系統(tǒng)的硬件和軟件提出抗干擾設(shè)計(jì)方案，有效地提高了測(cè)控系統(tǒng)的工作可靠性。

2plc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(dòng)，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(hào)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(dòng)，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(shí)，不會(huì)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(jī)器的接地端相聯(lián)，基本單元必須接地，如果選用擴(kuò)展單元，其接地點(diǎn)與基本單元接地點(diǎn)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(dòng)力設(shè)備(如電動(dòng)機(jī))的接地點(diǎn)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(diǎn)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(qiáng)電回路，若無法避開時(shí)，應(yīng)垂直相交，縮短平行走線的長(zhǎng)度。實(shí)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(hào)側(cè)

為了實(shí)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(diǎn)：首先，由于是密封在一個(gè)管殼內(nèi)，不會(huì)受到外界光的干擾；其次，由于靠光傳送信號(hào)，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(dòng)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(hào)就變得很??；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(yuǎn)不如晶體管對(duì)干擾信號(hào)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(shí)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(hào)。

plc在硬件設(shè)計(jì)方面，首先對(duì)器件進(jìn)行了嚴(yán)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(dú)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(gè)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(jìn)的電源電路，以防止由電源回路串入的干擾信號(hào)。

3plc軟件抗干擾

盡管在抗干擾設(shè)計(jì)中采用了硬件措施，但由于干擾信號(hào)產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，且具有很大的隨機(jī)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(bǔ)充，作為硬件措施的輔助手段。軟件抗干擾方法簡(jiǎn)單、靈活方便、耗費(fèi)資源少，在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中獲得了廣泛應(yīng)用。

在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，通常需要采用軟件容錯(cuò)技術(shù)來提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。軟件容錯(cuò)技術(shù)的工作原理是允許系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤或故障，當(dāng)其發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)采取相應(yīng)的容錯(cuò)措施來消除它或減輕其對(duì)系統(tǒng)的影響，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)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(cuò)技術(shù)。

3.1數(shù)據(jù)通信的容錯(cuò)技術(shù)

監(jiān)控系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)測(cè)控分站通信是主從方式，采用固定幀長(zhǎng)度或變幀長(zhǎng)的報(bào)文格式來交換數(shù)據(jù)，即主站主動(dòng)循環(huán)地向從站發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求報(bào)文，當(dāng)從站接受請(qǐng)求后，才響應(yīng)數(shù)據(jù)報(bào)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(yàn)來判斷數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)監(jiān)測(cè)到數(shù)據(jù)通信錯(cuò)誤后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將該幀數(shù)據(jù)丟失，并重新發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求報(bào)文，來獲取分站響應(yīng)的正確數(shù)據(jù)。

有時(shí)由于線路干擾、分站忙等原因，造成分站對(duì)主站的請(qǐng)求無響應(yīng)，可采用有限次地定時(shí)重發(fā)數(shù)據(jù)請(qǐng)求報(bào)文，恢復(fù)正常通信，當(dāng)重發(fā)1次請(qǐng)求報(bào)文后，該分站仍然無響應(yīng)，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)告錯(cuò)誤信息，并開始與下一個(gè)分站的通信。對(duì)應(yīng)部分程序如下：

cscl:l"pa100-cfcs"http://因泰萊pa100單元－重發(fā)次數(shù)

l1

>=i

jctxzd//重發(fā)次數(shù)大于等于2，跳至通信中斷。

txzd:l"pa100-zhno"http://通信中斷子程序

l1

-i

slw3

lar1

l1

opn"pa100-ztdb"http://因泰萊pa100單元－通信狀態(tài)db

tdbb[ar1,p#0.0]//中斷，則對(duì)應(yīng)分站通信狀態(tài)字節(jié)置1。

3.2監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的容錯(cuò)技術(shù)

監(jiān)控系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，可能出現(xiàn)系統(tǒng)錯(cuò)誤，為了保證系統(tǒng)的正?？煽窟\(yùn)行，需要使用軟件看門狗容錯(cuò)技術(shù)，來自動(dòng)檢測(cè)錯(cuò)誤并消除錯(cuò)誤，使恢復(fù)系統(tǒng)正常工作。

(1)內(nèi)部看門狗的軟件實(shí)現(xiàn)：內(nèi)部看門狗用于在cp340下發(fā)命令幀成功后，監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)間是否到，如果沒有到定時(shí)時(shí)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(shí)時(shí)間到，則說明由于干擾，接收數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤，此時(shí)就要跳至超時(shí)處理程序，相關(guān)程序如下所示：

a"pa100-fscg"http://如果cp340下發(fā)命令幀發(fā)送成功

ls5t#500ms//設(shè)置定時(shí)器t1,時(shí)間為500ms

sst1//啟動(dòng)定時(shí)器

.

.

.

an"pa100-jscg"http://如果cp340接收數(shù)據(jù)不成功

jccsjc//跳至超時(shí)檢測(cè)程序

.

.

.

csjc:at1//定時(shí)時(shí)間到

jccscl//跳至超時(shí)處理程序

juend

(2)外部看門狗的軟件實(shí)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(cuò)誤，即系統(tǒng)無任何響應(yīng)時(shí)，可以通過外部看門狗將系統(tǒng)進(jìn)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。

am23.2//位m23.2為1時(shí)，啟動(dòng)t3定時(shí)器。

ls5t#500ms

sst3

anm23.2//位23.2為0時(shí)，改令牌。

jcglp

call"p_rcv",db2//位23.2為1時(shí)，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"

at3//定時(shí)時(shí)間到，改令牌。

jcglp

juend

glp:l0//改令牌程序，返回到正常輪詢。

t"pa100-token"

set

rt3//復(fù)位定時(shí)器t3

rm23.2//復(fù)位m23.2

end:nop0

(3)plc掃描周期看門狗的軟件實(shí)現(xiàn)：plc掃描周期看門狗是提高系統(tǒng)可靠性的一個(gè)有效措施，它是在plc內(nèi)部設(shè)置一個(gè)監(jiān)視定時(shí)器。這是一個(gè)硬件時(shí)鐘，是為了監(jiān)視plc的每次掃描時(shí)間而設(shè)置的，對(duì)它預(yù)先設(shè)定好規(guī)定時(shí)間，每個(gè)掃描周期都要監(jiān)視掃描時(shí)間是否超過規(guī)定值。如果程序運(yùn)行正常，則在每次掃描周期的公共處理階段對(duì)看門狗進(jìn)行復(fù)位，避免由于plc在執(zhí)行程序的過程中進(jìn)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(yùn)行失常進(jìn)入死循環(huán)，則看門狗得不到按時(shí)清零而超時(shí)溢出，將給出報(bào)警信號(hào)或停止plc工作。

4結(jié)束語

本文詳細(xì)地介紹了變電所plc測(cè)控系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)。針對(duì)變電所的工作環(huán)境提出了測(cè)控系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)方案，這樣經(jīng)過硬件與軟件的抗干擾設(shè)計(jì)就能有效地提高測(cè)控系統(tǒng)的工作可靠性。該系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，運(yùn)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(yùn)行的可靠性。