淺析PLC控制系統的抗干擾問題

孫宇

摘 要：PLC控制系統的可靠性將直接影響到工業生產的安全經濟運行，PLC系統的抗干擾能力是關系到整個系統能否安全運行的關鍵。本文著重就提出主要抗干擾措施。

關鍵詞：干擾；輻射；接地

一、電磁干擾源及對PLC系統的干擾

1、 干擾源及一般分類

影響PLC控制系統的干擾源，大都產生在電流或電壓劇烈變化的部位，按干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態（同方向）電壓疊加形成。共模電壓通過不對稱電路可轉換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞。這種共模干擾可為直流，也可為交流，屬于非對稱性干擾。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要是由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模干擾所形成的電壓，這種干擾疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。

2、PLC控制系統中電磁干擾的主要來源

2.1 電源干擾

PLC系統的正常供電電源均由電網供電。由于電網覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓和電路。尤其是電網內部的變化，刀開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波等，都通過輸電線路傳到電源原邊。PLC電源通常采用隔離電源，但其機構及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實際上，由于分布參數特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。

2.2 控制柜內干擾

控制柜內的高壓電器，大的電感性負載，混亂的布線都容易對PLC造成一定程度的干擾。來自信號線引入的干擾與PLC控制系統連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。

2.3 來自接地系統混亂的干擾

接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的最有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發出干擾；而錯誤的接地，會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統無法正常工作。

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；二是變頻器的輸出會產生較強的電磁輻射干擾，影響周邊設備的正常工作。

2.5 空間的輻射干擾

空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網絡、電氣設備的暫態過程、雷電、無線電廣播、高頻感應加熱設備等產生的，通常稱為輻射干擾。若PLC系統處于所射頻場內，就會受到輻射干擾，其影響主要通過兩條途徑：一是直接對PLC內部的輻射，由電路感應產生干擾；二是對PLC通信內網絡的輻射，由通信線路的感應引入干擾。

二、PLC控制系統的抗干擾設計

為保證PLC系統在工業電磁環境中免受或減少內外電磁干擾，必須從設計階段就采取抑制電磁干擾的三項基本原則：抑制干擾源；切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑；提高裝置和系統的抗干擾能力。PLC控制系統的抗干擾是一個系統工程，進行具體工程的抗干擾設計時，應主要注意以下兩個方面。

2.1 設備選型

在選擇設備時，首先要選擇有較強抗干擾能力的產品，其包括了電磁兼容性（EMC），尤其是抗外部干擾能力，如采用浮地技術、隔離性能好的PLC系統；其次還應了解生產廠給出的抗干擾指標，如共模擬制比、差模擬制比，耐壓等級、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環境中工作；另外是靠考察其在類似工作中的應用實績。

3.2綜合抗干擾設計

主要考慮來自系統外部的幾種抑制措施。主要內容包括：對PLC系統及外引線進行屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對外引線進行隔離、濾波，特別是動力電纜，分層布置，以防通過外引線引入傳導電磁干擾；正確設計接地點和接地裝置，完善接地系統。另外還必須利用軟件手段，進一步提高系統的安全可靠性。

三、主要抗干擾措施

3.1 采用性能優良的電源 抑制電網干擾

在PLC控制系統中，電源占有極重要的地位。電網干擾串入PLC控制系統主要通過PLC系統的供電電源（如CPU 電源、I/O電源等）、變送器供電電源和與PLC系統具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入。現階段，PLC系統供電電源一般都采用隔離性能較好電源，但是對變送器的供電電源和與PLC系統有直接電氣連接的儀表的供電電源，并沒受到足夠的重視。

3.2 電纜鋪設的選擇

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，應盡量采用銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，降低動力線生產的電磁干擾。不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應按傳輸信號種類分層敖設，嚴禁用同一電纜的不同導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敖設，以減少電磁干擾。筆者工作的新春采油廠2號燃煤注汽站在2013年發生過柱塞泵跳閘連續跳閘的問題，經檢查，確定為動力電纜與信號電纜平行鋪設影響所致。

3.3 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。PLC 控制系統的地線包括數字地（邏輯地） 、模擬地、信號地、交流地、直流地、屏蔽地（機殼地）等。系統接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對PLC控制系統而言，它屬于高速低電平控制裝置，應采用直接接地方式。PLC控制系統接地線一般采用一點接地和串聯一點接地方式。集中布置的PLC系統適于并聯一點接地方式，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應采用串聯一點接地方式。用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于的銅導線，總母線使用截面大于60mm?的銅排。接地極的接地電阻應小于2Ω，接地極埋在距建筑物10米至15米的地方，而且PLC系統接地點必須與強電設備接地點相距10米以上。信號源接地時，屏蔽層應在信號側接地；不接地時，應在PLC側接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接并進行絕緣處理，一定要避免多點接地；多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應相互連接好，并做絕緣處理。選擇適當的接地處單點接地。禁止使用串聯接地方式，因為這種接地方式會產生各設備之間地電位差。endprint

摘 要：PLC控制系統的可靠性將直接影響到工業生產的安全經濟運行，PLC系統的抗干擾能力是關系到整個系統能否安全運行的關鍵。本文著重就提出主要抗干擾措施。

關鍵詞：干擾；輻射；接地

一、電磁干擾源及對PLC系統的干擾

1、 干擾源及一般分類

影響PLC控制系統的干擾源，大都產生在電流或電壓劇烈變化的部位，按干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態（同方向）電壓疊加形成。共模電壓通過不對稱電路可轉換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞。這種共模干擾可為直流，也可為交流，屬于非對稱性干擾。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要是由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模干擾所形成的電壓，這種干擾疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。

2、PLC控制系統中電磁干擾的主要來源

2.1 電源干擾

PLC系統的正常供電電源均由電網供電。由于電網覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓和電路。尤其是電網內部的變化，刀開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波等，都通過輸電線路傳到電源原邊。PLC電源通常采用隔離電源，但其機構及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實際上，由于分布參數特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。

2.2 控制柜內干擾

控制柜內的高壓電器，大的電感性負載，混亂的布線都容易對PLC造成一定程度的干擾。來自信號線引入的干擾與PLC控制系統連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。

2.3 來自接地系統混亂的干擾

接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的最有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發出干擾；而錯誤的接地，會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統無法正常工作。

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；二是變頻器的輸出會產生較強的電磁輻射干擾，影響周邊設備的正常工作。

2.5 空間的輻射干擾

空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網絡、電氣設備的暫態過程、雷電、無線電廣播、高頻感應加熱設備等產生的，通常稱為輻射干擾。若PLC系統處于所射頻場內，就會受到輻射干擾，其影響主要通過兩條途徑：一是直接對PLC內部的輻射，由電路感應產生干擾；二是對PLC通信內網絡的輻射，由通信線路的感應引入干擾。

二、PLC控制系統的抗干擾設計

為保證PLC系統在工業電磁環境中免受或減少內外電磁干擾，必須從設計階段就采取抑制電磁干擾的三項基本原則：抑制干擾源；切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑；提高裝置和系統的抗干擾能力。PLC控制系統的抗干擾是一個系統工程，進行具體工程的抗干擾設計時，應主要注意以下兩個方面。

2.1 設備選型

在選擇設備時，首先要選擇有較強抗干擾能力的產品，其包括了電磁兼容性（EMC），尤其是抗外部干擾能力，如采用浮地技術、隔離性能好的PLC系統；其次還應了解生產廠給出的抗干擾指標，如共模擬制比、差模擬制比，耐壓等級、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環境中工作；另外是靠考察其在類似工作中的應用實績。

3.2綜合抗干擾設計

主要考慮來自系統外部的幾種抑制措施。主要內容包括：對PLC系統及外引線進行屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對外引線進行隔離、濾波，特別是動力電纜，分層布置，以防通過外引線引入傳導電磁干擾；正確設計接地點和接地裝置，完善接地系統。另外還必須利用軟件手段，進一步提高系統的安全可靠性。

三、主要抗干擾措施

3.1 采用性能優良的電源 抑制電網干擾

在PLC控制系統中，電源占有極重要的地位。電網干擾串入PLC控制系統主要通過PLC系統的供電電源（如CPU 電源、I/O電源等）、變送器供電電源和與PLC系統具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入。現階段，PLC系統供電電源一般都采用隔離性能較好電源，但是對變送器的供電電源和與PLC系統有直接電氣連接的儀表的供電電源，并沒受到足夠的重視。

3.2 電纜鋪設的選擇

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，應盡量采用銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，降低動力線生產的電磁干擾。不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應按傳輸信號種類分層敖設，嚴禁用同一電纜的不同導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敖設，以減少電磁干擾。筆者工作的新春采油廠2號燃煤注汽站在2013年發生過柱塞泵跳閘連續跳閘的問題，經檢查，確定為動力電纜與信號電纜平行鋪設影響所致。

3.3 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。PLC 控制系統的地線包括數字地（邏輯地） 、模擬地、信號地、交流地、直流地、屏蔽地（機殼地）等。系統接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對PLC控制系統而言，它屬于高速低電平控制裝置，應采用直接接地方式。PLC控制系統接地線一般采用一點接地和串聯一點接地方式。集中布置的PLC系統適于并聯一點接地方式，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應采用串聯一點接地方式。用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于的銅導線，總母線使用截面大于60mm?的銅排。接地極的接地電阻應小于2Ω，接地極埋在距建筑物10米至15米的地方，而且PLC系統接地點必須與強電設備接地點相距10米以上。信號源接地時，屏蔽層應在信號側接地；不接地時，應在PLC側接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接并進行絕緣處理，一定要避免多點接地；多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應相互連接好，并做絕緣處理。選擇適當的接地處單點接地。禁止使用串聯接地方式，因為這種接地方式會產生各設備之間地電位差。endprint

摘 要：PLC控制系統的可靠性將直接影響到工業生產的安全經濟運行，PLC系統的抗干擾能力是關系到整個系統能否安全運行的關鍵。本文著重就提出主要抗干擾措施。

關鍵詞：干擾；輻射；接地

一、電磁干擾源及對PLC系統的干擾

1、 干擾源及一般分類

影響PLC控制系統的干擾源，大都產生在電流或電壓劇烈變化的部位，按干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態（同方向）電壓疊加形成。共模電壓通過不對稱電路可轉換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞。這種共模干擾可為直流，也可為交流，屬于非對稱性干擾。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要是由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模干擾所形成的電壓，這種干擾疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。

2、PLC控制系統中電磁干擾的主要來源

2.1 電源干擾

PLC系統的正常供電電源均由電網供電。由于電網覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓和電路。尤其是電網內部的變化，刀開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波等，都通過輸電線路傳到電源原邊。PLC電源通常采用隔離電源，但其機構及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實際上，由于分布參數特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。

2.2 控制柜內干擾

控制柜內的高壓電器，大的電感性負載，混亂的布線都容易對PLC造成一定程度的干擾。來自信號線引入的干擾與PLC控制系統連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。

2.3 來自接地系統混亂的干擾

接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的最有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發出干擾；而錯誤的接地，會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統無法正常工作。

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；二是變頻器的輸出會產生較強的電磁輻射干擾，影響周邊設備的正常工作。

2.5 空間的輻射干擾

空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網絡、電氣設備的暫態過程、雷電、無線電廣播、高頻感應加熱設備等產生的，通常稱為輻射干擾。若PLC系統處于所射頻場內，就會受到輻射干擾，其影響主要通過兩條途徑：一是直接對PLC內部的輻射，由電路感應產生干擾；二是對PLC通信內網絡的輻射，由通信線路的感應引入干擾。

二、PLC控制系統的抗干擾設計

為保證PLC系統在工業電磁環境中免受或減少內外電磁干擾，必須從設計階段就采取抑制電磁干擾的三項基本原則：抑制干擾源；切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑；提高裝置和系統的抗干擾能力。PLC控制系統的抗干擾是一個系統工程，進行具體工程的抗干擾設計時，應主要注意以下兩個方面。

2.1 設備選型

在選擇設備時，首先要選擇有較強抗干擾能力的產品，其包括了電磁兼容性（EMC），尤其是抗外部干擾能力，如采用浮地技術、隔離性能好的PLC系統；其次還應了解生產廠給出的抗干擾指標，如共模擬制比、差模擬制比，耐壓等級、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環境中工作；另外是靠考察其在類似工作中的應用實績。

3.2綜合抗干擾設計

主要考慮來自系統外部的幾種抑制措施。主要內容包括：對PLC系統及外引線進行屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對外引線進行隔離、濾波，特別是動力電纜，分層布置，以防通過外引線引入傳導電磁干擾；正確設計接地點和接地裝置，完善接地系統。另外還必須利用軟件手段，進一步提高系統的安全可靠性。

三、主要抗干擾措施

3.1 采用性能優良的電源 抑制電網干擾

在PLC控制系統中，電源占有極重要的地位。電網干擾串入PLC控制系統主要通過PLC系統的供電電源（如CPU 電源、I/O電源等）、變送器供電電源和與PLC系統具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入。現階段，PLC系統供電電源一般都采用隔離性能較好電源，但是對變送器的供電電源和與PLC系統有直接電氣連接的儀表的供電電源，并沒受到足夠的重視。

3.2 電纜鋪設的選擇

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，應盡量采用銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，降低動力線生產的電磁干擾。不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應按傳輸信號種類分層敖設，嚴禁用同一電纜的不同導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敖設，以減少電磁干擾。筆者工作的新春采油廠2號燃煤注汽站在2013年發生過柱塞泵跳閘連續跳閘的問題，經檢查，確定為動力電纜與信號電纜平行鋪設影響所致。

3.3 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。PLC 控制系統的地線包括數字地（邏輯地） 、模擬地、信號地、交流地、直流地、屏蔽地（機殼地）等。系統接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對PLC控制系統而言，它屬于高速低電平控制裝置，應采用直接接地方式。PLC控制系統接地線一般采用一點接地和串聯一點接地方式。集中布置的PLC系統適于并聯一點接地方式，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應采用串聯一點接地方式。用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于的銅導線，總母線使用截面大于60mm?的銅排。接地極的接地電阻應小于2Ω，接地極埋在距建筑物10米至15米的地方，而且PLC系統接地點必須與強電設備接地點相距10米以上。信號源接地時，屏蔽層應在信號側接地；不接地時，應在PLC側接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接并進行絕緣處理，一定要避免多點接地；多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應相互連接好，并做絕緣處理。選擇適當的接地處單點接地。禁止使用串聯接地方式，因為這種接地方式會產生各設備之間地電位差。endprint