PLC控制系統中干擾問題的解決方案

摘 要：本文簡要分析了PLC當中較為常見的電磁干擾問題，同時提出正確選擇系統設備、合理接地以及搭接等方式，以期解決PLC 控制系統當中常見的干擾問題，確保PLC控制系統運行的穩定性。

關鍵詞：PLC控制系統；干擾問題；解決方式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.245

0 引言

電氣控制技術發展速度不斷提高，PLC技術開始廣泛應用于工業自動化控制系統當中。但是，PLC控制系統往往處于各類強電電路或是強電設備附近，導致其受到電磁環境的影響，有較高幾率出現信號被干擾、死機以及數據采集精準度下降等現象，使得PLC系統難以穩定運行。故而，企業需及時對該問題進行處理，確保PLC的運行環境。

1 干擾源分類及主要來源

1.1 干擾源分類

干擾源可按照形成原因以及干擾方式的區別進行分類。若按照干擾源的形成原因進行劃分，則可將干擾源劃分為放電噪聲、高頻蕩噪聲以及浪涌噪聲等。若按照噪聲的干擾方式進行劃分，可將干擾源劃分為差模干擾以及共模干擾兩種方式。其中利用噪聲干擾方式進行劃分是常用的分類方式。所謂共模干擾，指信號與地面之間所形成的電位差，形成該干擾類型的主要是因為電網串入以及由電磁輻射于信號線之上所感知到的同方向電壓的累積而成。所形成的共模電壓有時數值偏大，尤其是部分企業使用了隔離性能并不理想的供電室，導致變送器傳送信號具有較高的共模電壓，部分共模電壓甚至達到130V之上。而差模干擾則是指對信號兩極之間形成干擾的電壓，當共模干擾經過不平衡電路便會形成該類型電壓。而該類型電壓也會直接于信號之上進行疊加，導致PLC系統測量精度以及控制精度均受到影響。

1.2 干擾主要來源

第一，來源于自然輻射的干擾。PLC控制系統工作過程中，會受到自然輻射電磁場的影響。該類型干擾主要是因電氣設備出現暫態過程、雷雨天氣以及雷達運行而產生的，也可將該類型干擾稱為輻射干擾。該類型干擾分布較為復雜，只要PLC系統在輻射范圍之內，便會受到其干擾。

第二，人為干擾。造成PLC控制系統受到干擾的主要原因還是因為企業未選擇正確的施工用設備，或是工作人員未按照施工要求進行施工。具體如下，其一，源于PLC自身供電電源所形成的干擾。PLC系統一般從電網獲取電源，然而電網覆蓋范圍過大，導致PLC系統需要承受電網范圍內全部的電磁干擾，特別是電網自身變化。如部分電力設施的啟動與關閉、交流傳動設備所引發的諧波以及電網出現短路情況所造成的暫態沖擊，都將利用輸電線路傳送至PLC電源，對其造成影響。其二，源于PLC周圍設備的影響。PLC控制系統正常工作時，需同其他型號變頻設備搭配使用，之后借由PLC進行輸出達到控制變頻器工作的目的。因為變頻器在運行過程中會同時伴有整流以及變頻兩種狀態，所以電源較為容易形成諧波，或是在變頻設備附近形成電磁干擾波，直接對PLC造成干擾。

第三，源于PLC控制系統自身干擾。形成該類型干擾的主要原因是由于PLC系統自身元器件同電路之間形成相互電磁輻射，進而對PLC控制系統造成干擾。例如系統內部邏輯電路之間相互形成輻射，同時其也會對模擬電路造成影響。除此以外，部分PLC控制系統中的元器件之間也存在相互不匹配的現象。形成該類型干擾的主要原因是因為系統自身電磁兼容設計存在問題，屬于PLC制造企業問題，較為復雜，難以處理。所以，應用企業需在購置設備之前，對設備進行一定的檢測以及考驗。

2 解決干擾問題的具體方式

2.1 正確選擇系統設備

企業可通過合理更換現有PLC系統設備對PLC控制系統進行強化，以便減輕甚至是消除引線干擾、差模干擾以及共模干擾現象對PLC控制系統所造成的不良影響。具體可更換以下設備。

第一，電源。企業可通過更換抗干擾能力較強的電源，對供電電源所形成的干擾進行合理控制。事實上，相比其他類型干擾，供電電源所造成的干擾更為常見。供電電源往往通過PLC系統內部分電源，如CPU電源以及I/O變送設備電源對PLC控制系統進行干擾。故而，企業不僅需要更換性能良好的電源，同時還需使用分布電容相對較小、抑制帶大的配電設備對變送設備供電電源進行處理，以免引線中的電流以及電壓對變送設備造成一定影響。

第二，PLC。企業在選擇PLC過程中，應選取抗干擾能力較強，且電磁兼容性良好的產品，如使用浮地技術以及隔離性能俱佳的PLC產品。不僅如此，企業還需將PLC實際所處環境納入考慮范圍之內。特別是購置國外PLC產品時尤其需要注意，因為國外電網制式同我國存在一定差異，我國抗電磁干擾能力強于外國。故而，企業在購置國外PLC設備時，應慎重考慮。

2.2 合理接地以及搭接

企業可通過接地為電磁干擾提供阻抗不高的通路，以免電磁干擾在傳播過程中同干擾形成耦合。而搭接指利用金屬導體將數個金屬構件相連，令所有相連的金屬構件均位于等電位，使得金屬構件不會因電位差異而形成環流，那么環流也不會對PLC系統造成干擾。由此可見，合理接地以及搭接能夠有效控制干擾源，減輕干擾源對PLC系統的影響。接地方式共分為兩種，分別為直接接地以及浮地接地。這對PLC控制系統而言，企業需使用直接接地這一方式，具體如下。

其一，工作人員應使用一點接地以及搭接接地的方法完成PLC控制系統接地地線的布設作業，至于集中布設的PLC系統，工作人員可使用并聯一點接地的方法完成接地工作。針對各個設備的柜體中心而言，工作人員可使用獨立的接地線將其接地點引至接地極。若設備之間間隔距離較遠，則工作人員需使用搭接這一方式進行布線，即使用橫截面較大的通線，將各個設備柜體中心的接地點相連，之后將接地母線與接地極相連。其中用于接地線的銅制導線，橫截面面積不得少于22mm2，作為總母線的銅排面積不得少于60mm2，同時控制接地極的接地電阻，一般不得令其超過2Ω。不僅如此，工作人員還應控制接地極的位置，要求接地極同建筑物的距離保持在10m至15m范圍之內，且PLC控制系統接地位置同強電設施接地位置之間的距離不得少于10m。

其二，屏蔽線及屏蔽層的接地工作。若信號源與地面相接，則屏蔽層需于信號一側接地。反之，則于PLC一側接地。若信號線之間存在接頭，則工作人員需確保屏蔽層連接的牢固程度，并保證屏蔽層的絕緣性，以免形成多點接地的現象。當數個測點信號屏蔽雙絞線同多芯對絞總屏電纜相連，工作人員需保證各個屏蔽層之間的連接穩定、完好。并確認是屏蔽層否處于絕緣狀態，選取合適的接地位置完成接地作業。

2.3 電纜鋪設與設備抗干擾措施

施工過程中，工作人員可選用銅帶鎧裝屏蔽電力電纜。使用該電纜，能夠有效降低動力線對PLC控制系統形成的電磁干擾。工作人員需注意，信號類型之間存在差別，所使用的輸送電纜也有所不同，應按照輸送信號的種類分層實施鋪設。切記不可利用某一電纜中的部分不同導線同時進行信號以及動力電源的輸送。同時注意，信號線路同動力電纜之間間隔的距離不可過短，且兩者不可平行鋪設，否則容易形成電磁干擾，進而對PLC控制系統造成干擾。

設備抗干擾措施應分為兩方面：其一，硬件方面。針對硬件，工作人員主要通過濾波的方式減少PLC控制系統所受到的干擾。工作人員需于計算機接受信號之前，以并接的方式將電容裝設于信號線與地面之間，以達到降低共模干擾的目的。同時，還需將濾波器裝設于信號兩極之間，以此降低差模干擾。

其二，軟件方面。電磁干擾極為復雜，所以連接干擾對PLC控制系統的影響無法完全消除。故而，設計人員應于設計與組態兩個工作環節當中，對PLC控制系統實施抗干擾處理，使其本身具備一定抗干擾能力，從而保證在實際工作中，PLC控制系統能夠穩定運行。工作人員可通過如下方式進行處理：第一，定期檢測參考點電位，若其發生偏離，需及時進行矯正。同時使用動態零點，以免電位發生偏移。第二，使用信息冗余方式，設定對應的軟件標志位置。第三，使用間接跳轉，設定軟件陷阱，從而使軟件自身結構與運行更為穩定。

3 結束語

PLC控制系統受到干擾屬于較為復雜的問題。每個PLC控制系統所處的電磁環境不同，受到的干擾自然也存在區別。所以，問題的解決方法也不能一概而論，工作人員應將各方面影響因素均納入考慮范圍之內，進而確認干擾PLC控制系統的真正原因，并有針對性的解決，才能令PLC更為穩定地運行。

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