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2 0 1 2年 1月 第4 0卷 第 2期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUU C S J a n ． 2 0 1 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 0 2 ． 0 3 3 航空地面液压设备 P L C控制器抗干扰技术研究 魏晓斌，韩固勇，拾华杰，朱毅 徐州空军学院航空四站系，江苏徐州 2 2 1 0 0 0 摘要 针对航空地面液压设备 P L C控制器极易受到恶劣电磁环境干扰的问题 ，提出了 P L C控制器硬件抗干扰的技术措 施，设计了 P L C控制器软件抗干扰的运行程序。 关键词航空地面液压设备；抗干扰技术 中图分类号T H1 3 7 文献标识码B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 2 0 9 52 R e s e a r c h o n An ti - j a mmi n g T e c h n i q u e f o r P L C Co nt r o l l e r o f Ae r o Hy d r a u l i c Su pp o r t Eq u i p me nt WE I X i a o b i n ，H A N G u y o n g ，S HI H u a j i e ，Z H U Y i D e p a r t m e n t o f A i r F o u r s t a t i o n s Ma n a g e m e n t ，X u z h o u A i r F o r c e C o l l e g e ，X u z h o u J i a n g s u 2 2 1 0 0 0，C h i n a Ab s t r a c t Ai mi n g a t t h e p r o b l e m t h a t a e ro h y d r a u l i c s u p p o e q u i p me n t s ’P L C c o n t rol l e r wa s e asi l y i n t e r f e r e d i n b a d e l e c t r o ma g - n e fi s m e n v i r o n me n t ，t h e h a r d w a r e a n t i - j a m mi n g t e c h n i q u e m e asu r e s w e r e p u t f o r w a r d ，a n d t h e s o f t w are a n t i - j a m mi n g r u n n i n g p ro- g r a ms w e r e d e s i g n e d for the P L C c o n t r o l l e r ． Ke y wo r d s A e ro h y d r a u l i c s u p p o e qui p m e n t ；A n t i - j a m mi n g t e c h n i q u e 航空地面液压设备是在飞机发动机停车的状态 下，以一定的压力、流量和符合污染度等级要求的工 作介质 航空液压油为飞机液压系统提供液压动 力源的装备 ，主要用于检查飞机收放起落架、减速板 或调节尾喷口、进气道等，并对副翼、襟翼、水平尾 翼 、方向舵进行助力操纵。它采用 P L C控制技术 ， 具有操作简单、维护方便等优点。通常 P L C可直接 在工业环境下使用 ，但在民用或军用机场，其供电系 统中存在大功率接触器、断路器等电气设备，在电路 闭合、断开的瞬间往往会产生很强的干扰冲击信号， 沿供电线路侵入 C P U系统、或者通过控制系统的前 后 向通道直接进 入 C P U系 统 、或 者 以场 的形式 从空 间辐射到 C P U系统 ，严重影响着 P L C控制器的可靠 运行 。文中分别就航空地面液压设备 P L C控制器的 硬件和软件提出抗干扰设计方案，有效地提高了 P L C 控制器的工作可靠性。 1 P L C硬件抗干扰 1 抑制 电源 系统引入 的干扰 电网的干扰、频率的波动，将直接影响 P L C系 统的可靠性和稳定性。如何抑制电源系统的干扰是提 高 P L C抗干扰性能的主要环节。 ① 加装滤波、隔离、屏蔽、开关稳压电源系统 设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从电源线 传导到系统中，为了抑制电网大容量设备起停引起电 压的波动。保持供电电压的稳压，可采用开关稳压电 源 。 ‘ ② 分离供电系统 P L C的控制器 与 I ／ O系统分 别 由各 自的隔离变压 器供电，并与主电源分开 ，这样当输入输出供电断电 时，不会影响到控制器的供电。 2 抑制接地系统引入的干扰 良好的接地是保证 P L C可靠工作的重要条件之 一 ，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地线与机 器的接地端相联，基本单元必须接地，如果选用扩展 单元 ，其接地点与基本单元接地点接在一起。为了抑 制附加在电源及输入、输出端的干扰， P L C接地采用 专用地线，接地电阻要小于 1 0 n，接地线要粗，接 地面积要大于 2 m m 2 ，而且接地点最好靠近 P L C装 置，接地线应避开强电回路 ，若无法避开时，应垂直 相交 ，缩短平行走线 的长度 。 实践证明接地往往是抑制噪声和防止干扰的重 要手段 ，良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪 声的耦合 ，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰 能力 。 3 抑制输入输出电路引入的干扰 为了实现输入输出电路的完全隔离，近年来在控 制系统中光电耦合得到广泛应用，已成为防止干扰的 最有效措施之一。光电耦合器具有以下特点首先 ， 收稿 日期 2 0 1 01 2 0 8 作者简介魏晓斌 1 9 6 5 一 ，男，硕士研究生，副教授，主要从事飞行地面保障装备 的教学与科研工作。Em a i l w x b l 1 8 1 1 2 6 ． c o rn。 9 6 机床与液压 第 4 0卷 由于是密封在一个管 壳 内 ，不 会受 到外 界光 的干扰 ； 其次，由于靠光传送信号 ，切断了各部件电路之间地 线的联系；第三 ，发光二极管动态电阻非常小，而干 扰源的内阻一般很大，能够传送到光电耦合器输入输 出的干扰信号就变得很小 ；第四，光电耦合器的传输 比和晶体管的放大倍数相 比，一般很小 ，远不如晶体 管对干扰信号那么灵敏 ，而光电耦合器的发光二极管 只有在通过一定的电流时才能发光。因此 ，即使在干 扰电压幅值较高的情况下，由于没有足够的能量，仍 不能使发光二极管发光 ，从而可以有效地抑制掉干扰 信号。 在 P L C硬件 设计 方 面 ，首 先 对器 件 进行 了严 格 的筛选和优化，而且在电路结构及工艺上采取了一些 独特的方式。例如 ，在输 输出电路中都采用光电 隔离措施 ，做到电浮空，既方便接地 ，又提高了抗干 扰性能 ；各个 L ／ O端 口除采用 了常规模 拟滤波外 ，还 加上数字滤波；内部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射 干扰 ；采用了较先进的电源电路，以防止由电源回路 串入 的干扰 信号 。 2 P L C软件抗干扰 尽管在抗干扰设计中采用了硬件措施 ，但由于干 扰信号产生 的原因很复杂 ，且具有很大 的随机性 ，很 难保证控制系统完全不受干扰。因此往往在硬件抗干 扰措 施的基础上 ，采取软件抗 干扰技术 加 以补充 ，作 为硬件措施的辅助手段。软件抗干扰方法简单、灵活 方便 、耗费资源少，在控制系统中获得了广泛应用。 在软件设计时，通常采用软件容错技术来提高系 统的可靠性。软件容错技术的工作原理是允许系统出 现错误或故障时，系统自动采取相应的容错措施来消 除或减轻其对系统的影响，以保证系统的正常运行。 文中以西门子s 7系列 P L C为例讨论系统的软件容错 技术 。 针对航空地面液压设备 P L C控制器在长时间运 行时可能出现系统错误，为了保证系统的正常可靠运 行 ，主要采用软件看门狗容错技术 ，来 自动检测错误 并消除错误，使控制器恢复正常工作。 1 内部看门狗的软件实现 内部看 门狗用于在 C P 3 4 0下发命令帧成 功后 ， 监测 C P 3 4 0接收数据正常与否。如果接收数据不成 功 ，则判 断内部看 门狗定时 时间是 否到 ，如果未到定 时时间则说明数据还没有接收完整 ，继续接收数据 ； 如果定时时间到 ，则说明由于干扰，接收数据环节出 现错误 ，此时就要跳至超时处理程序。相关程序如下 所示 A” P A l 0 0一F S C G ” ／ ／ 如果 C P 3 4 0下发命令帧 发送 成功 L S 5 T 5 0 0 MS ／ ／ 设置定时器 T 1 ， 时间为 5 0 o ms S S T 1 AN ” PA1 0 0一J S CG” 成功 J C C S J C C S J C A T 1 J C CS CL J U END ／ ／ 启动定 时器 ／ ／ 如果 C P 3 4 0接收数据不 ／ ／ 跳至超时检测程 序 ／ ／ 定时时 间到 ／ ／ 跳至超 时处 理程序 2 外部看门狗的软件实现 当系统发生串口通信全部失效错误，即系统无任 何响应时，可以通过外部看 门狗对系统进行重新初始 化，即先复位串口通信模块，再重新打开串口以恢复 正常通信 。 ‘ A M 2 3 ． 2 ／ ／ 位 M2 3 ． 2为 1 时 ， 启 动 r乃 定 时器 L 5T 5 0 0 MS S S T 3 A N M 2 3 ． 2 ／ ／ 位 2 3 ． 2为 0时 ， 改令牌 J C GL P C AL L ” P R C V ” ， D B 2 位 2 3 ． 2为 1 时 ， 复位 系统 接受功 能块 EN R F ALS E R TRUE L ADDR2 5 6 DB NO 4 DBB NO 0 NDR ” P Al 0 0一J S CG” ERROR” PAl 0 0 一J S Er r o r ” LEN ” PA1 0 0 一J S L e n ” S TATUS ” PA1 0 0一J S S t a t u s ” A T 3 ／ ／ 定时时间到， 改令牌 J C GL P j u E ND G L P L 0 ／ ／ 改令牌程序， 返回到正常轮询 T” PA1 0 0一To k e n” S E T R T 3 ／ ／ 复位定时器 R M 2 3 ． 2 ／ ／ 复位 M2 3 ． 2 END NOP 0 3 P L C扫描周期看门狗的软件实现 下转第 1 0 0页 1 0 0 机床与液压 第4 0卷 P L C程序 ，在 P L C程序中通过主控电路块指令 M C和 M C R来 执行不 同 的程 序 段 。一般 无 需在 封装 不 同型 号的元件时，重新编制 P L C控制程序。若 系统无故 障或系统在初 始状态，按 触摸屏上的 “ R U N”键， 系统便步人 自动封装过程 。 厂 奎 卜 N - { 手 动I 真空泵启动，真空阀MV 开，封装箱抽真空 - { _ 2 5 s I箱 内 负 压 o ．1 k P a I 真空泵停，真空阀关，氮气阀V 1 开，箱内通氮气 十1 0 s 调节箱内负压0 ． 0 6 k P a _ { 一2 0 s t 氮气阀V 2 关，氮气 阀V 3 开，保持箱内气体流 动，启动温控 仪执行程序 ，加热器加热 十6 m in 箱 内温度升至5 4 0℃，开始保温 ，保持气体流动 十2 ．5 m in 降温 ，保持气体流动 - 1 1 mi n t 箱 内温度降至5 1 0 C，保持气体流动 l 关 断 加 热 器 及 温 控 仪， 冷 却降 温， 箱内 气 压 升 至 正 压 卜 -1 0 mi n t l 热 电 偶 断 电 复 位 ＼ 排 气 阀 W 开 l 卜 3 0 t 蜂鸣器 响，系统封装结束 系统复位 l 图 7 P L C程序控制流程 图 当真空 阀 M V为 O F F 、V 1为 O N，P L C发 出一 输 出信号给温控仪 K P 1 0 0 0启动程序执行 ；P L C用 4个 输入点接收温控仪输出的开关量信号，其中3 个是当 升温、保温和降温某段程序完成而转入下一段程序 时 ，分别输 出相应的开关信号，另一个是温控器的 H H输 出接点送至 P L C作保护控制 。 当箱内自然降温至 6 5℃时 ，再过 3 s 时间，排 气阀打开，蜂鸣器响，P L C程序结束 ，系统复位 ，此 时可打开封装箱上盖，拿出加工件 ，一批元件的封装 完成 。 6 结束语 该设备通过更换不同的加热模板 ，可以对不同的 一 端 口元 件进 行 封 装 ，一 个封 装 过程 所 花 时大 约 为 2 5～ 3 0 m i n ，与封装不 同型号 的元件有 关 。保温 温度 在 5 1 0℃，报警温度为 5 4 0℃。该控制系统故障率 低，数据传输速率高、工艺稳定 、可靠性与控制精度 高，确保了产品合格率和生产效率。 参考文献 【 1 】朱宁， 武魁． 触摸屏在机床 P L C控制系统 中的应用[ J ] ． 机床电器 ， 2 0 0 1 6 l 61 7 ， 2 7 ． 【 2 】 刘振全， 王汉芝． 基于触摸屏和 P L C的多路温度监控系 统[ J ] ． 天津科技大学学报， 2 0 0 7 1 4 4 4 7 ． 【 3 】 李国栋 ， 汪新中． P L C可编程控制器在热处理炉控制系 统中的应用[ J ] ． 机电工程， 2 0 0 6 7 5 2 5 3 ． 【 4 】 官明亮． 3 0 4热等静压机程控系统改造 新 [ E B ／ O L ] ． 2 2 6 一 O 3 1 3 ．h t t p ／ ／ w ww．g o n g k o n g ． c o m／ we b p a g e ／ p a - p e r ／ 2 0 0 6 0 3 ／ 5一B 2 3 6 9 C 0 F E C 3 6 7 5 C 3 ． h t m． 上接第 9 6页 P L C扫描周期看门狗是提高系统可靠性的一个有 效措施 ，它是在 P L C内部设置一个监视定时器。这 是一个硬件时钟，是为了监视 P L C的每次扫描时间 而设置的，对它预先设定好规定时间，每个扫描周期 都要监视扫描时间是否超过规定值。如果程序运行正 常，则在每次扫描周期的公共处理阶段对看门狗进行 复位，避免由于 P L C在执行程序 的过程 中进入死循 环 ，或者由于 P L C执行非预定的程序而造成系统故 障，从而导致系统瘫痪。如果程序运行失常进入死循 环，则看门狗得不到按时清零而超时溢出，将给出报 警信号或停止 P L C工作。 3小 结 作者针对机场的工作环境提 出 P L C控制器抗干 扰设计方案，运行结果表明该方案能有效地提高航 空地面液压设备控制器的工作可靠性 ，且已在多个机 场投入使用 。 参考文献 【 1 】王幸之， 王雷， 翟成 ， 等． 单片及应用系统抗 干扰分析 [ M] ． 北京 北京航空航天大学出版社， 1 9 9 9 ． 1 2 ． 【 2 】诸邦田． 电子电路使用抗干扰技术[ M] ． 北京 人 民邮电 出版社， 1 9 9 4 ， 1 0 ． 【 3 】 朱丽兰， 卢鸣谷． 可编程序控制器 [ M] ． 北京 国防工业 出版社 ， 1 9 9 5 ． 【 4 】胡学林． 可编程控制器教程 基础篇 [ M] ． 北京 电子 工业出版社， 2 0 0 3 ． 1 1 ． 【 5 】陈治国， 邓先明． 煤矿供 电综合 自动系统的容错技术 [ J ] ． 煤矿安全， 2 0 0 7 1 0 4 0 4 1 ．
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