PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾來源和抗干擾設計

摘 要：隨著科學技術的發(fā)展，PIC在工業(yè)控制中的應用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關系到整個系統(tǒng)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(tǒng)；抗干擾；措施

1 概述

隨著科學技術的發(fā)展，PIC在工業(yè)控制中的應用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關系到整個系統(tǒng)可靠運行的關鍵。自動化系統(tǒng)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(chǎn)現(xiàn)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(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)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(tǒng)的抗干擾性能。

2 影響PLC控制系統(tǒng)干擾的主要因素

影響PLC控制系統(tǒng)干擾的主要因素很多，主要的有下面幾種：

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

（2）來自系統(tǒng)外部電源、信號線等的干擾

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

b.來自信號線的干擾：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?shù)倪^程中，除了傳輸有效的數(shù)據(jù)外，總會有干擾信號的侵入，此時就形成了干擾。

c.來自不規(guī)范接地的干擾：PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等。而不規(guī)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(huán)路電流以及信號工模干擾，影響系統(tǒng)正常工作。

3 提高系統(tǒng)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：

（1）從硬件方面來說在設計PLC控制系統(tǒng)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(tǒng)的抗干擾能力。

a.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(chǎn)品，如采用浮地技術、隔離性能好的PLC品牌。同時要根據(jù)應用的具體環(huán)境（電磁環(huán)境）合理選擇PLC，由于我國采用的是220V高內(nèi)阻電網(wǎng)制式，而歐美地區(qū)是110V低內(nèi)阻電網(wǎng)，我國電網(wǎng)內(nèi)阻大，零點電位漂移大，地電位變化也就大，工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾至少要比歐美地區(qū)高4倍以上，因而對系統(tǒng)抗干擾能力也就更高，在國外能正常工作的PLC產(chǎn)品在國內(nèi)就不一定能可靠運行，因此在采用國外PLC產(chǎn)品時應按我國的標準（GB/T13926）合理選擇。

b.正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)：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(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。

系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)接地線采用一點接地和串聯(lián)一點接地方式。集中布置的PLC系統(tǒng)適于并聯(lián)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(lián)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(jīng)絕緣處理。選擇適當?shù)慕拥靥巻吸c接點。

c.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(wǎng)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(jīng)濾波隔離后可大大減弱，增強了系統(tǒng)的可靠性。

（2）從軟件設計方面提高系統(tǒng)抗干擾能力PLC內(nèi)部具有豐富的軟元件，如定時器、計數(shù)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(tǒng)的抗干擾能力。

a.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(chǎn)生抖動。輸入信號是繼電器觸點，有時會產(chǎn)生瞬間跳動，將會引起系統(tǒng)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(jù)觸點抖動情況和系統(tǒng)要求的響應速度而定，這樣可保證觸點確實穩(wěn)定閉合（或斷開后）才執(zhí)行。

b.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(shù)據(jù)的可靠性。連續(xù)采樣多次，采樣間隔根據(jù)A/D轉換時間和信號的頻率而定。采樣數(shù)據(jù)先后存放在不同的數(shù)據(jù)寄存器中，經(jīng)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：程序判斷濾波；中值濾波；滑動平均值濾波；去極值平均濾波；算術平均值濾波；防脈沖干擾平均值濾波。

c.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(chǎn)生火花、電弧等干擾信號，它們產(chǎn)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(chǎn)生這些干擾的時間內(nèi)，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

以上的措施，經(jīng)若干PLC控制系統(tǒng)現(xiàn)場實際運行表明，能夠消除現(xiàn)場干擾信號的影響，保證系統(tǒng)的可靠運行。PLC控制系統(tǒng)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(tǒng)正常工作。

參考文獻

[1]陳宇.可編程序控制器基礎及編程技巧[M].廣州：華南理工大學出版社，1999.

[2]陳在平，趙相賓.可編程序控制器技術與應用系統(tǒng)設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[3]周萬珍，高鴻斌.PLC分析與設計應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.