工業PLC控制系統的抗干擾問題探討

摘 要：文中對影響PLC控制系統穩定性的主要干擾源、成因進行了分析。從硬件和軟件兩個方面入手，研究探討提高PLC控制系統抗干擾能力的方法和措施。實踐證明，這些方法和措施對提高PLC控制系統抗干擾能力具有普遍意義和實用價值。

關鍵詞：PLC控制系統；抗干擾；措施

1 概述

可編程控制器是以微處理器為基礎的通用工業控制裝置，可編程控制器（Programmable Logic Controller）簡稱為PLC，它的應用面廣、功能強大、使用方便，已經成為當代工業自動化的主要支柱之一，在工業生產的所有領域得到了廣泛的使用。就PLC本身來說，在設計和制造過程中廠家已采取了多層次的抗干擾措施，具有一定的穩定性和可靠性，但由于PLC的應用場合越來越廣，應用環境越來越復雜，所受的干擾也就越來越多。使系統不能正常工作。因此，研究PLC控制系統抗干擾信號的來源、成因及其抑制措施，對于提高PLC控制系統的抗干擾能力及可靠性具有重要的意義。

2 影響PLC控制系統干擾的主要因素

影響PLC控制系統干擾的主要因素很多，主要的有下面幾種：

2.1 輻射干擾

輻射電磁場主要是由電力電網、電氣設備的暫態過程、雷電、無線電廣播、電視和雷達等產生的，通常稱為輻射干擾。若此時PLC置于其輻射場內，其信號、數據線和電源線即可充當天線接受輻射干擾。此種干擾與現場設備布置及設備所產生的電磁場的大小，特別是與頻率有關。

2.2 系統外部電源、信號線的干擾

2.2.1 來自電源的干擾：PLC的正常供電電源均由電網供電，因而會直接影響到PLC的正常工作。由于電網覆蓋范圍廣，它將受到所有空間的電磁干擾而產生持續的高頻諧波干擾。

2.2.2 信號線的干擾：PLC控制設備的運行，總會有很多信號線的參與，然而在信號傳輸的過程中，除了傳輸有效的數據外，總會有干擾信號的侵入，此時就形成了干擾。此干擾主要有兩種途徑：一是變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源干擾，這往往被忽略；二是信號線上的外部感應干擾，其中靜電放電、脈沖電場及切換電壓為主要干擾來源。

2.2.3 不規范接地的干擾：PLC控制系統的地線包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等。而不規范的接地就有可能對各個接地點造成不同的地電位差，引起地環路電流以及信號工模干擾，影響系統正常工作。

2.2.4 來自相鄰變頻器的干擾：在PLC的實際應用中，經常與各類型號的變頻器配合使用，由PLC的輸出控制變頻器的運行。變頻器起動機運行過程中產生諧波對電網產生傳導干擾，引起電網電壓畸變，影響電網的供電質量；變頻器的輸出會產生較強的電磁輻射干擾，影響系統正常工作。

3 提高系統抗干擾能力措施

抗干擾的措施主要分為兩種：一是硬件方面；二是從軟件方面。

3.1 硬件方面

在設計PLC控制系統時，通過在正確選擇PLC、正確選擇接地點，接地方式、合理配置供電電源和I/O端的接線等措施，可有效提高系統的抗干擾能力。

3.1.1 PLC的選擇：選用PLC時，要選擇有較高抗干擾能力、尤其是外部抗干擾能力以及包括電磁兼容性（EMC）好的產品，如采用浮地技術、隔離性能好的PLC品牌。同時要根據應用的具體環境（電磁環境）合理選擇PLC，由于我國采用的是220V高內阻電網制式，而歐美地區是110V低內阻電網，我國電網內阻大，零點電位漂移大，地電位變化也就大，工業企業現場的電磁干擾至少要比歐美地區高4倍以上，因而對系統抗干擾能力也就更高。

3.1.2 正確選擇接地點，完善接地系統：接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統是PLC控制系統抗電磁干擾的重要措施之一。

3.1.3 電源部分的抗干擾方法：電源變壓器是電源部分的主要元件，為了抑制電網中的干擾，一般選用隔離變壓器，且變壓器容量應比實際需要大1.2～1.5倍左右。

PLC供電系統可采用如下方式，控制器和I/O系統分別由各自的隔離變壓器供電，并與主電路電源分開。當某一部分電源出了故障時，而不會影響其他部分，如輸入、輸出供電中斷時，控制器仍能繼續供電，提高了系統的可靠性。

3.1.4 I/O端的接線

輸入接線：①輸入接線一般不要太長。但如果環境干擾較小，電壓降不大時，輸入接線可適當長些。②輸入/輸出線不能用同一根電纜，輸入/輸出線要分開。③盡可能采用常開觸點形式連接到輸入端，使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致，便于閱讀。

輸出連接：①輸出端接線分為獨立輸出和公共輸出。在不同組中，可采用不同類型和電壓等級的輸出電壓。但在同一組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等級的電源。②由于PLC的輸出元件被封裝在印制電路板上，并且連接至端子板，若將連接輸出元件的負載短路，將燒毀印制電路板。③采用繼電器輸出時，所承受的電感性負載的大小，會影響到繼電器的使用壽命，因此，使用電感性負載時應合理選擇，或加隔離繼電器。④PLC的輸出負載可能產生干擾，因此要采取措施加以控制，如直流輸出的續流管保護，交流輸出的阻容吸收電路，晶體管及雙向晶閘管輸出的旁路電阻保護。

3.2 軟件設計方面

提高系統抗干擾能力PLC內部具有豐富的軟元件，如定時器、計數器、輔助繼電器等，利用它們設計一些程序，可以屏蔽輸入元件的誤信號，防止輸出元件的誤動作，提高系統的抗干擾能力。

3.2.1 延時控制：控制器的外部開關量和模擬量輸入信號，由于噪聲、干擾、開關的誤動作、模擬信號誤差等因素的影響，不可避免會形成輸入信號的錯誤，引起程序判斷失誤，造成事故。當按鈕、開關作為輸入信號時，則不可避免產生抖動。輸入信號是繼電器觸點，有時會產生瞬間跳動，將會引起系統誤動作。在這種情況下，可采用定時器延時來去掉抖動，定時時間根據觸點抖動情況和系統要求的響應速度而定，這樣可保證觸點確實穩定閉合（或斷開后）才執行。

3.2.2 軟件濾波：對于模擬信號，可采用多種軟件濾波方法來提高數據的可靠性。連續采樣多次，采樣間隔根據A/D轉換時間和信號的頻率而定。采樣數據先后存放在不同的數據寄存器中，經比較后取中間值或平均值作為當前輸入值。常用的濾波方法有：①程序判斷濾波；②中值濾波；③滑動平均值濾波；④去極值平均濾波；⑤算術平均值濾波；⑥防脈沖干擾平均值濾波。

3.2.3 封鎖控制：某些干擾是可以預知的，例如可編程序控制器的輸出命令驅動大功率器件動作，常常會伴隨產生火花、電弧等干擾信號，它們產生的干擾信號可能使可編程序控制器接收錯誤的信息。在容易產生這些干擾的時間內，可用軟件封鎖可編程序控制器的某些輸入信號，適當延時，在干擾消除后，再取消封鎖。

4 結束語

經若干PLC控制系統現場實際運行表明，能夠消除現場干擾信號的影響，保證系統的可靠運行。PLC控制系統中的干擾是一個十分復雜的問題，因此在抗干擾設計中應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控制系統正常工作。

參考文獻

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