PLC控制系統的電磁干擾來源和抗干擾設計

趙劍 孫曉琳

摘 要：隨著科學技術的發展，PIC在工業控制中的應用越來越廣泛。PLC控制系統的可靠性直接影響到工業企業的安全生產和經濟運行，系統的抗干擾能力是關系到整個系統可靠運行的關鍵。文章主要論述了PLC在運行過程中所受到的干擾來源，以及解決這些干擾的一些措施，另外還對變頻器的抗干擾問題進行了一系列討論。

關鍵詞：PLC控制系統；抗干擾；措施

1 概述

隨著科學技術的發展，PIC在工業控制中的應用越來越廣泛。PLC控制系統的可靠性直接影響到工業企業的安全生產和經濟運行，系統的抗干擾能力是關系到整個系統可靠運行的關鍵。自動化系統中所使用的各類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產現場和各電機設備上，它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環境中。要提高PLC控制系統可靠性，一方面要求PLC生產廠家用提高設備的抗干擾能力，另一方面要求工程設計、安裝施工和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統的抗干擾性能。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 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。下面逐一對這兩個方面進行分析：

2.1 硬件方面

從硬件方面來說，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。

2.1.1 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，在國外能正常工作的PLC產品在國內就不一定能可靠運行，因此在采用國外PLC產品時應按我國的標準（GB/T13926）合理選擇。

2.1.2 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。

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，它屬高速低電平控制裝置，應采用直接接地方式。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低于1MHz，所以PLC控制系統接地線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。

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，并經絕緣處理。選擇適當的接地處單點接點。

2.1.3 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。在使用中應要求變壓器的屏蔽層良好接地，次級線圈連接線要使用雙絞線，以減少電源線間干擾。對于PLC的控制器電源，如果條件許可，還可在隔離變壓器前加入濾波器，此時變壓器的初級和次級連接線均要使用雙絞線，這樣干擾信號經濾波隔離后可大大減弱，增強了系統的可靠性。

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。

2.1.4 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。（4）PLC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。

2.2 軟件方面

從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。

2.2.1 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。

2.2.2 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。

2.2.3 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。

3 結束語

以上的措施，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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