論PLC干擾及抗干擾措施

摘 要:通過對PLC干擾源的分析探討抗干擾的措施。

關(guān)鍵詞:PLC;抗干擾;措施

中圖分類號:TP

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)09-0329-02

1 引言

PLC(可編程序控制器)是以微處理器為核心，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。具有控制功能強，可靠性高，使用靈活方便，易于擴展等優(yōu)點而應(yīng)用越來越廣泛。在冶金、交通、化工、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，被成為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的三大支柱之一。

各制造廠采取了許多措施，使得PLC擁有很高的的可靠性，但還有許多外部因素也會使它產(chǎn)生干擾，造成程序誤變或運算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入井引起誤輸出，這將會造成設(shè)備的失控和誤動作。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家用提高設(shè)備的抗干擾能力;另一方面，要求工程設(shè)計、安裝施工和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能。隨著PLC應(yīng)用的日漸廣泛，其抗干擾問題也顯得日益重要。本文就此問題提出一些抗干擾的措施。

2 PLC系統(tǒng)中干擾的主要來源及途徑

2.1 電源的干擾

PLC系統(tǒng)控制的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾，空間的輻射電磁場(EMI)主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達(dá)等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾，若PLC系統(tǒng)置于所射頻場內(nèi)，就會收到輻射干擾，而在線路上感應(yīng)電壓。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，刀開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設(shè)備的失控和誤動作，從而不能保證PLC的正常運行。

2.2 信號線引入的干擾

與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信號之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑:一是通過變送器或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾;二是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。

2.3 接地系統(tǒng)的干擾

接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾;而錯誤的接地，反而會引入嚴(yán)重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。

2.4 變頻器干擾

一是變頻器啟動及運行過程中產(chǎn)生諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，引起電網(wǎng)電壓畸變，影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量;二是變頻器的輸出會產(chǎn)生較強的電磁輻射干擾，影響周邊設(shè)備的正常工作。

3 抗干擾設(shè)計與措施

3.1 選擇抗干擾性能好的設(shè)備

選擇設(shè)備時，首先要選擇有較高抗干擾能力的產(chǎn)品，包括電磁兼容性(EMC)，尤其是選擇抗外部干擾能力強的產(chǎn)品，如采用浮地技術(shù)、隔離性能好的PLC系統(tǒng);其次還應(yīng)了解生產(chǎn)廠給出的抗干擾指標(biāo)，如共模擬制比、差模擬制比、耐壓能力、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環(huán)境中工作;另外還要調(diào)查其在類似工作中的應(yīng)用實績。在選擇國外進(jìn)口產(chǎn)品時要注意電網(wǎng)制式。由于我國電網(wǎng)內(nèi)阻大，零點電位漂移大，地電位變化大，工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾至少要比歐美地區(qū)高4倍以上，對系統(tǒng)抗干擾性能要求更高。因此在采用國外產(chǎn)品時，需按我國的標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13926)合理選擇。

3.2 綜合抗干擾設(shè)計

主要考慮來自系統(tǒng)外部的幾種干擾源并采取相應(yīng)抑制措施。主要包括:對PLC系統(tǒng)及外引線進(jìn)行屏蔽以防空間輻射電磁干擾;對外引線進(jìn)行隔離、濾波，特別是動力電纜，要分層布置，以防通過外引線引入傳導(dǎo)電磁干擾;正確設(shè)計接地點和接地裝置，完善接地系統(tǒng)。另外還必須利用軟件手段，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。

3.3 電源的選擇

在PLC控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。主要是變送器供電的電源和PLC系統(tǒng)有直接電氣連接的儀表供電電源引起的干擾，并沒有受到足夠的重視，雖然采取了一定的隔離措施，但普遍還不夠。主要是使用的隔離變壓器分布參數(shù)大，抑制干擾能力差，經(jīng)電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。所以，對于變送器和共用信號儀表供電應(yīng)選擇分布電容小、抑制帶大(如采用多次隔離和屏蔽及漏感技術(shù))的配電器，以減少PLC系統(tǒng)的干擾。

3.4 電纜的選擇和布置

圖1 屏蔽電纜的處理

為了減少動力電纜輻射電磁干擾，尤其是變頻裝置饋電電纜，不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應(yīng)按傳輸信號種類分層布置，嚴(yán)禁用同一電纜的不同導(dǎo)線同時傳送動力電源和信號，避免信號線與動力電纜靠近平行布置，以減少電磁干擾。

3.5 濾波及軟件抗干擾措施

信號在接入PLC前，在信號線與地間并接電容，以減少共模干擾;在信號兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。此外，在PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計和組態(tài)時，還應(yīng)在軟件方面進(jìn)行抗干擾處理，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。常用的一些措施:數(shù)字濾波和工頻整形采樣，可有效消除周期性干擾;定時校正參考點電位，并采用動態(tài)零點，可有效防止電位漂移;采用信息冗余技術(shù)，設(shè)計相應(yīng)的軟件標(biāo)志位;采用間接跳轉(zhuǎn)，設(shè)置軟件陷阱等，以提高軟件結(jié)構(gòu)可靠性

3.6 完善接地系統(tǒng)

圖2 PLC的接地

良好的接地是保證PLC安全可靠運行的重要條件。為了抑制附加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC接專用地線，并且接地點要與其它設(shè)備分開，如圖2(a)。若達(dá)不到這種要求，也可采用公共接地方式，如圖2(b)。但是禁止采用串聯(lián)接地方式，如圖2(c)，因為它會使各設(shè)備間產(chǎn)生電位差而引入干擾。此外，接地線要足夠粗，接地電阻要小，接地點應(yīng)盡可能靠近PLC。

4 諧波干擾的途徑

以上的措施，經(jīng)若干PLC控制系統(tǒng)現(xiàn)場實際運行表明，能夠基本消除現(xiàn)場干擾信號的影響，保證系統(tǒng)的可靠運行。PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個十分復(fù)雜的問題，因此在抗干擾設(shè)計中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制抗干擾，對有些干擾情況還需做具體分析，采取對癥下藥的方法，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。

參考文獻(xiàn)

[1]張萬忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2]于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:清華大學(xué)出版社，2004.