淺談PLC的抗干擾問(wèn)題

鄧 軍 從 彬

(1、鄭州煤炭工業(yè)技師學(xué)院，河南 新鄭 451150；2、鄭州工業(yè)安全職業(yè)學(xué)院，河南 新鄭 451150)

1 PLC的干擾及其來(lái)源

1.1 干擾源

PLC由于設(shè)計(jì)和安裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等因素影響，會(huì)受到干擾而發(fā)生故障，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備失控和誤動(dòng)作。影響PLC工作的干擾大都產(chǎn)生在電流或者電壓劇變場(chǎng)所，這些電荷劇烈變化的部位，就是PLC的干擾源。

1.2 干擾的途徑

1.2.1 空間輻射

輻射干擾主要來(lái)自電力系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)程、廣播電視通信產(chǎn)生的無(wú)線電信號(hào)以及高頻加熱設(shè)備等。其傳播途徑主要有:一是直接對(duì)PLC內(nèi)部的輻射，由電路產(chǎn)生干擾;二是對(duì)通訊網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通訊線路的感應(yīng)引起干擾。輻射干擾與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的布置和環(huán)境有關(guān)，尤其對(duì)頻率反應(yīng)較敏感，一般通過(guò)屏蔽進(jìn)行消除。

1.2.2 電源干擾

PLC供電取自電網(wǎng)，由于覆蓋范圍廣，電網(wǎng)極易受到空間電磁干擾而在電路上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。盡管PLC通常采用隔離電源，但是由于大量分布電容的存在，完全消除是不可能的，因此PLC仍會(huì)受到一定的電源干擾。

1.2.3 信號(hào)線連接

與PLC相連的硬接線，除了傳輸有效的各類信息外，也會(huì)成為干擾信號(hào)侵入的捷徑。此類干擾會(huì)引起I/O模塊工作異常和測(cè)量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起元器件損壞。對(duì)于隔離性能較差的系統(tǒng)，還會(huì)導(dǎo)致信號(hào)相互干擾，造成邏輯數(shù)據(jù)變化，誤動(dòng)和死機(jī)，這是最常見(jiàn)的系統(tǒng)干擾故障現(xiàn)象。

1.2.4 系統(tǒng)接地

PLC的接地包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。當(dāng)接地點(diǎn)向電位分布不均勻，電位差過(guò)大時(shí)，會(huì)引起環(huán)路電流，影響系統(tǒng)的正常工作。例如控制電纜的屏蔽層必須有 端接地，如果兩端都接地，就存在電位差，屏蔽電纜將有環(huán)路電流通過(guò)，引起控制信號(hào)的異變，導(dǎo)致控制系統(tǒng)異常工作。

1.3 干擾的分類

干擾類型通常按干擾產(chǎn)生的原因、干擾模式和波形性質(zhì)的不同來(lái)劃分。按干擾產(chǎn)生的原因不同分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等;按干擾的波形、性質(zhì)不同分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等;按干擾模式不同分為共模干擾和差模干擾。

2 抗干擾的技術(shù)措施

PLC控制系統(tǒng)對(duì)安全性要求高，由于受到干擾信號(hào)的影響而出現(xiàn)問(wèn)題，因此必須選擇采用合理的抗干擾措施，對(duì)PLC的安裝環(huán)境和不利條件作改進(jìn)。

2.1 硬件抗干擾措施

2.1.1 抑制電源系統(tǒng)引入的干擾

（1）采用濾波和屏蔽。為防止外界噪聲干擾及電源電壓波動(dòng)對(duì)CPU的影響，須采用隔離變壓器抑制電源系統(tǒng)的干擾。同時(shí)要使屏蔽良好接地，次級(jí)連接線要使用雙絞線，隔離變壓器的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組應(yīng)分別加屏蔽層，初、次級(jí)間再加屏蔽層。（2）采用交流穩(wěn)壓。為抑制電網(wǎng)大容量設(shè)備起停引起的電網(wǎng)電壓波動(dòng)，保持交流供電電壓的穩(wěn)定，對(duì)交流電源在濾波前，應(yīng)采用穩(wěn)壓環(huán)節(jié)。（3）分離供電系統(tǒng)采用獨(dú)立電源。控制器和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(kāi)，這樣當(dāng)輸入輸出供電斷電不會(huì)影響控制器的供電，各個(gè)變壓器的次級(jí)繞組的屏蔽層接點(diǎn)應(yīng)分別接入各繞組電路的地。根據(jù)系統(tǒng)的需要，選擇必要和合適的公共接點(diǎn)，以達(dá)到最佳的屏蔽效果。

2.1.2 抑制接地系統(tǒng)引入的干擾

（1）控制系統(tǒng)與電網(wǎng)的接地方式。有共地、浮地以及機(jī)殼共地和電路浮地三種方式。共地接地方式是將控制系統(tǒng)中的電路的接地點(diǎn)Gc、機(jī)殼的接地點(diǎn)Gb與電網(wǎng)地線的接地點(diǎn)Go連在一起，整個(gè)系統(tǒng)以大地為電位參考，是目前采用較多的一種方式。如果在大地電位變化較大的場(chǎng)所，則應(yīng)采用浮地方式。此方式是將控制系統(tǒng)中電路的接地點(diǎn)Gc與機(jī)殼的接地點(diǎn)Gb連在一起，但不與電網(wǎng)的接地點(diǎn)Go相連。一般在機(jī)柜與地之間用絕緣膠墊隔開(kāi)，交流進(jìn)線也要加強(qiáng)絕緣。但因系統(tǒng)浮地，機(jī)殼容易積累靜電，操作不太安全，這樣可采用機(jī)殼共地和電路浮地的方式，這種接地方式是上兩種方式的折衷。由于機(jī)殼的接地點(diǎn)Gb與電網(wǎng)的接地點(diǎn)Go連在一起，因此操作比較安全，通常將電路的插件柜架用絕緣支撐與外部機(jī)架、機(jī)殼隔開(kāi)，保持電路部件與機(jī)殼的良好絕緣。（2）控制系統(tǒng)的一般接地方式。 控制系統(tǒng)的一般接地方式有三種：一是專用接地，即控制器和其它設(shè)備分別接地方式，此方式最好。若不能做到專用接地，可采用共用接地方式即控制器與其它設(shè)備分別與同一接地體相接。接地時(shí)，接地線應(yīng)盡量粗，用大于2mm2的接地線，接地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近控制器，接地線應(yīng)盡量避開(kāi)強(qiáng)電回路和主回路的電線。

2.1.3 抑制輸入輸出電路引入的干擾

（1）抑制輸入信號(hào)干擾的措施。a.防止輸入端有感性負(fù)荷時(shí)引起的干擾，當(dāng)控制器輸入交流信號(hào)時(shí)，為防止反沖感應(yīng)電勢(shì)損壞模塊，在其兩端并接電容C和電阻R。當(dāng)控制器輸入直流信號(hào)時(shí)，在其輸入兩端并接續(xù)流二極管VD。b.防止感應(yīng)電壓的干擾，對(duì)此干擾可采用輸入電壓直流化，在輸入端并接浪涌吸收器，繼電器轉(zhuǎn)換三種方法處理。（2）抑制輸出信號(hào)干擾的措施。a.在交流感性負(fù)載場(chǎng)合，在負(fù)載兩端并接RC浪涌吸收器。b.直流負(fù)載場(chǎng)合，在負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管VD。c.在開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生干擾較大的場(chǎng)合，對(duì)交流負(fù)載可使用雙向晶體管輸出模塊。

2.1.4 抑制外部配線干擾的措施

為防止或減少外部配線的干擾，可采取以下措施：（1）交流輸入輸出信號(hào)與直流輸入輸出信號(hào)分別使用各自電纜。（2）在30m以上的長(zhǎng)距離配線時(shí)，輸入信號(hào)線與輸出信號(hào)線分別使用各自電纜。（3）集成電路或晶體管設(shè)備的輸入輸出信號(hào)線，必須使用屏蔽電纜。（4）控制器的接地線與電源線或動(dòng)力線分開(kāi)。

2.2 軟件抗干擾措施

2.2.1 數(shù)字濾波

對(duì)于較低信噪比的模擬量信號(hào)，常因現(xiàn)場(chǎng)瞬時(shí)干擾而產(chǎn)生較大波動(dòng)，若僅用瞬時(shí)采樣植進(jìn)行控制計(jì)算會(huì)產(chǎn)生較大誤差，為此可采用數(shù)字濾波方法。現(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后變成離散的數(shù)字信號(hào)，然后將形成的數(shù)據(jù)按時(shí)間序列存入PLC內(nèi)存。再利用數(shù)字濾波程序?qū)ζ溥M(jìn)行處理，濾去噪聲部分獲得單純信號(hào)。此方法反應(yīng)速度快，具有很好的實(shí)時(shí)性，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后用于信號(hào)顯示或回路調(diào)節(jié)，有效地抑制了噪聲干擾。

2.2.2 軟件容錯(cuò)

由于工業(yè)環(huán)境惡劣，干擾信號(hào)較多，I/O信號(hào)傳送距離較長(zhǎng)，常常會(huì)使傳送的信號(hào)有誤。為提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，使PLC在信號(hào)出錯(cuò)情況下能及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，并能排除錯(cuò)誤的影響繼續(xù)工作，在程序編制中可采用軟件容錯(cuò)技術(shù)。

（1）在目前現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)不完全可靠的情況下，對(duì)于非嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行的故障信號(hào)，在程序中采取不同時(shí)間的判斷，以防止輸入接點(diǎn)的抖動(dòng)而產(chǎn)生“偽報(bào)警”。若延時(shí)后，信號(hào)仍不消失，再執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。（2）在充分利用信號(hào)間的組合邏輯關(guān)系構(gòu)成條件判斷，使個(gè)別信號(hào)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)因錯(cuò)誤判斷而影響其正常的邏輯功能。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)硬件配置已經(jīng)確定，對(duì)其增加和修改都比較困難，而從軟件方面入手則無(wú)需增加任何設(shè)備，采用不同的容錯(cuò)技術(shù)，使用方便、靈活，可作為硬件容錯(cuò)的補(bǔ)充，進(jìn)一步提高系統(tǒng)抗干擾能力。

以上幾種抗干擾措施，是根據(jù)許多PLC控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)所獲得，結(jié)合本控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)情況，則基本能夠消除現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)的影響，保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

[1]葛文峰，PLC控制系統(tǒng)的硬件抗干擾措施，《煤礦機(jī)械》2004年11期.

[2]馮國(guó)秀，多功能PLC抗干擾措施，《新鄉(xiāng)教育學(xué)院學(xué)報(bào)》2008年01期.