PLC控制系統(tǒng)的干擾源分析與抗干擾措施

龐海峰

摘 要：對(duì)于PLC控制系統(tǒng)而言，邏輯電路的設(shè)計(jì)及過(guò)程控制的實(shí)現(xiàn)是其重要組成部分，而干擾源的存在會(huì)影響電路的運(yùn)行和控制功能的正常實(shí)現(xiàn)，干擾源一般分為共模干擾和差模干擾，干擾源的源頭主要包括空間輻射、電源干擾、線路干擾、接地干擾、系統(tǒng)內(nèi)部干擾等，因此需要PLC系統(tǒng)運(yùn)行空間的實(shí)際干擾源分布情況制定針對(duì)性的抗干擾措施，常用的措施包括優(yōu)化升級(jí)設(shè)備、設(shè)計(jì)抗干擾功能、優(yōu)化線路布局和電源分布、接地系統(tǒng)優(yōu)化等，這些措施可以有效的降低干擾源對(duì)PLC系統(tǒng)的干擾，提升PLC系統(tǒng)的運(yùn)行效率，保障控制功能的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)、干擾源、抗干擾措施

引言：PLC作為新一代的工業(yè)控制器，秉著通用性好、實(shí)用性強(qiáng)、硬件配套齊全、編程簡(jiǎn)單易學(xué)等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。PLC是專門為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中采取了多層次的抗干擾措施，使系統(tǒng)能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強(qiáng)電設(shè)備一起工作，運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性很高。盡管有如上所述較高的可靠性，較強(qiáng)的抗干擾能力，但當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境處于電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證PLC的正常運(yùn)行，所以提高PLC控制系統(tǒng)可靠性是十分必要的。

一、控制系統(tǒng)中干擾及其來(lái)源

常言道：“治標(biāo)先治本”，找到問(wèn)題出在哪了，才能提出解決問(wèn)題的正確方法，所以找到現(xiàn)場(chǎng)的干擾源頭尤為關(guān)鍵。

1.電磁干擾源及對(duì)系統(tǒng)的干擾

影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源跟影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源是差不多的，絕大部分是產(chǎn)生在電流或者電壓急劇變化的部位，例如大型設(shè)備的啟停、開(kāi)關(guān)操作浪涌、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路引起暫態(tài)沖擊和空間的輻射電磁場(chǎng)、雷電、無(wú)線電廣播、電視、雷達(dá)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的干擾，這些電荷劇烈移動(dòng)的部位就是噪聲源，即干擾源。按噪聲產(chǎn)生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等，按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共饉干擾是信號(hào)對(duì)地的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)線上感應(yīng)的共態(tài)（同方向）電壓迭加所形成，這種共懂干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指作用于信號(hào)兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場(chǎng)在信號(hào)間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共懂干擾所形成的電壓，直接疊加在信號(hào)上，影響測(cè)量與控制精度。

2.電源干擾

一般情況下，PLC系統(tǒng)電源與供電系統(tǒng)的動(dòng)力電源是分離的，在進(jìn)入PLC系統(tǒng)之間加屏蔽隔離變壓器。在隔離變壓器的次級(jí)側(cè)與PLC系統(tǒng)間使用大于等于2m2的雙絞線。在一、二次側(cè)的兩線圈之間放置屏蔽體，并與大地相連，這樣可以有效的避免線圈間的直接耦合。對(duì)于消除電源諧波可以通過(guò)在隔離穩(wěn)壓器前使用濾波器的方法。

3.線間干擾

在PLC控制系統(tǒng)的線路中主要包括電源線、輸入/輸出線、動(dòng)力線和接地線，若不限存在問(wèn)題，則會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)等干擾，因此控制系統(tǒng)的布線對(duì)于布線間距以及線路的繞圈情況等是有要求的，必須嚴(yán)格按要求進(jìn)行布線。

（1）地線的連接。控制系統(tǒng)采用正確的接地方式，是安全的保證也是抑制干擾的需要。一般接地方式主要有浮地式、直接式以及電容式三種，對(duì)于PLC系統(tǒng)而言由于其屬高速低電平控制裝置，因而采用直接式。

（2）電源線、I/O線與動(dòng)力線的連接。動(dòng)力電纜屬于高壓大電流線路，若系統(tǒng)的配線接近則會(huì)產(chǎn)生干擾，因此在進(jìn)行布線時(shí)要將PLC的輸入輸出線與其他控制線分開(kāi)，避免使用一條電纜。在對(duì)外部進(jìn)行布線時(shí)對(duì)于控制電纜、動(dòng)力電纜、輸入輸出線三者的間距一般控制在30cm以上。若實(shí)際情況不允許，只能提供同一線槽布線時(shí)，要使用金屬板將其三者間隔屏蔽，此時(shí)金屬板需與地連接。采用此布置原則可以使外界磁場(chǎng)以及這三者之間的相互干擾得到減少。

二、PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施

1.采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾

在PLC控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。電網(wǎng)干擾串入PLC控制系統(tǒng)主要通過(guò)PLC系統(tǒng)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(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進(jìn)入的。現(xiàn)在，對(duì)于PLC系統(tǒng)供電的電源，一般都采用隔離性能較好電源，而對(duì)于變送器供電的電源和PLC系統(tǒng)有直接電氣連接的儀表的供電電源，并沒(méi)受到足夠的重視，雖然采取了一定的隔離措施，但普遍還不夠，主要是使用的隔離變壓器分布參數(shù)大，抑制干擾能力差，經(jīng)電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。

2.電纜選擇的敖設(shè)

為了減少動(dòng)力電纜輻射電磁干擾，尤其是變頻裝置饋電電纜。筆者在某工程中，采用了銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，從而降低了動(dòng)力線生產(chǎn)的電磁干擾，該工程投產(chǎn)后取得了滿意的效果。

不同類型的信號(hào)分別由不同電纜傳輸，信號(hào)電纜應(yīng)按傳輸信號(hào)種類分層敖設(shè)，嚴(yán)禁用同一電纜的不同導(dǎo)線同時(shí)傳送動(dòng)力電源和信號(hào)，避免信號(hào)線與動(dòng)力電纜靠近平行敖設(shè)，以減少電磁干擾。

3.硬件濾波及軟件抗如果措施

信號(hào)在接入計(jì)算機(jī)前，在信號(hào)線與地間并接電容，以減少共模干擾；在信號(hào)兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。由于電磁干擾的復(fù)雜性，要根本消除迎接干擾影響是不可能的，因此在PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和組態(tài)時(shí)，還應(yīng)在軟件方面進(jìn)行抗干擾處理，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。常用的一些措施：數(shù)字濾波和工頻整形采樣，可有效消除周期性干擾；定時(shí)校正參考點(diǎn)電位，并采用動(dòng)態(tài)零點(diǎn)，可有效防止電位漂移；采用信息冗余技術(shù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件標(biāo)志位；采用間接跳轉(zhuǎn)，設(shè)置軟件陷阱等提高軟件結(jié)構(gòu)可靠性。

4.正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)

接地的目的通常有兩個(gè)，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(duì)PLC控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。由于信號(hào)電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號(hào)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(diǎn)接地和串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。集中布置的PLC系統(tǒng)適于并聯(lián)一點(diǎn)接地方式，各裝置的柜體中心接地點(diǎn)以單獨(dú)的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應(yīng)采用串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。

結(jié)束語(yǔ)：

PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，因此在抗干擾設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制抗干擾，對(duì)有些干擾情況還需做具體分析，采取對(duì)癥下藥的方法，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。

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