可靠性與抗干擾性在PLC系統設計中的應用

摘 要：PLC作為工業生產的控制裝置已經很普遍了，因為它具有很多優點，比如維護方便、編程簡單、體積小、可靠性高于繼電器系統、通用性強等等，它是專門為工業環境下設計而產生。故在工業環境中可以直接使用。

關鍵詞：PLC；工業生產；應用

如果說工業使用環境過于惡劣，在有高溫、高濕或有強烈的電磁干擾的環境中，再有安裝方法或使用不當，這都會給PLC的安全和可靠運行帶來隱患。設備故障率也隨之增高。所以，控制系統的可靠性與抗干擾性是PLC控制系統設計的重要問題。

1 PLC的環境適應性設計

設計一個控制系統，是要根據環境的不同，設計出能適應不同環境的控制器。首先，我們應該了解到溫度、濕度、震動和沖擊、空氣環境等對PLC的工作可靠性的影響。

1.1 溫度

如果PLC控制系統處在高溫環境中，就會導致故障率增加、精度降低、壽命降低等一系列問題。相反在相對低溫的環境中時，系統精度不僅會降低，回路的安全系數也變小，如果在超低溫環境下，就會使控制系統的動作不正常，或產生誤動作。所以，在設計一個控制系統時要不僅包含有盤、柜的冷卻裝置，還要有加熱裝置，同時要有溫度傳感器與之相配合；保證盤、柜體的通風、避光，以及停用時I/O模塊的正常通電都能對控制系統的溫度進行調節和保護。

1.2 濕度

控制器在濕度大的環境中容易引起模塊內部元件結緣降低和老化；相反如果在極干燥的環境下則又容易由于靜電感應而引起集成電路的損壞。故在設計控制系統時，電氣盤和電氣柜要有一定的密封性；在盤或柜內放置吸濕劑；在印刷電路板上刷保護層；以及在干燥環境中消除柜體靜電等都能降低環境濕度對控制系統的影響。

1.3 震動與沖擊

通常情況下，控制器能承受一定量的震動和沖擊頻率，如果超過它的承受極限時。可能引起連接接觸不良、電氣部件疲勞損壞、機械結構松動以及誤動作等后果。所以，一般要給控制系統盤、柜加防震橡皮；將盤、柜體內的震動源移除到柜外；強固連接器、電路板或控制器等可能產生松動的部件以減少震動與沖擊對控制系統的影響。

1.4 周圍空氣環境對控制系統可靠性的影響

控制系統周圍空氣中的塵埃、腐蝕性氣體、導電性粉末以及有機溶劑和鹽分等都會對其產生很大的不良影響。例如，控制系統的接觸不良、誤動作、絕緣性能變差和短路等。所以在設計時盤、柜要有較高的密封性，對印制板涂保護層都可以提高控制系統的可靠性。

2 PLC控制系統的抗干擾設計

PLC屬于專用工業控制計算機，由于其工作運行時使用的多為低電壓，而且工作頻率比較高，工業環境中的各種干擾源都會對它造成較大的影響。所以在設計過程中考慮增加相應必要的抗干擾措施。

2.1 工業環境中的各種電源干擾源

如果在控制器使用環境中，存在各種電磁信號比較強或比較集中，比如有各種較高或高等級的電源存在的環境中時，如果能使用隔離變壓器，就能抑制一定的干擾信號，但應注意：屏蔽層要可靠接地；一、二次側連接線應使用雙絞線。

交流220V控制器隔離變壓器濾波器（見圖1）。

設計中，先把濾波器接入電源，再將隔離變壓器接入。需要注意的是，隔離變壓器一次側和二此側要使用雙絞線。

2.2 系統接地

在一個控制系統中，由于電位差引起的干擾是很常見的干擾源，如果用良好的接地就可以防止漏電流帶來的感應電勢，可以將電源和信號線的干擾引入大地，消滅垃圾電勢，防止竄入控制信號中，造成誤動作。

在接地方式中有專用接地、共用接地和共同接地。其中，專用接地就是控制器和其他接地分開單獨接地。共用接地就是控制器和其他設備的各點接地一塊接在接地網中的接地、共同接地就是控制器將所有接地接一起，然后單點接地。我們可以想到專用接地最好，但施工復雜不好實施，共同接地結構簡單，但效果最差，這兩種接地一般不使用。所以大多數情況下采用共用接地，在共用接地中要求使用截面粗，組織小的接地線連接；接地點盡量在控制器附近；且接地線要盡量避開主回路和強電回路。

2.3 控制器輸入和輸出信號抗干擾措施

（1）在控制器的到設備或設備到控制器的各種輸入輸出信號中存在這共模干擾，用模塊的濾波就可以時期衰減，但是，信號線與大地間的共模干擾會在控制器內部回路產生較大的感應電動勢，這成了引起控制系統不動作或誤動作的主要原因，所以控制器良好接地的必要性需要引起足夠的重視，抗共模干擾必須要求控制器良好接地。

輸入電路中感應電動勢的存在也是產生干擾信號的一個重要因素。再此我們采取將交流輸入信號通過整流技術變為直流信號；或在輸出端并接上浪涌吸收器等等，進一步還可以利用中繼電器轉換，比如在大電流場合或長距離配線時。這樣可以有效消除電路中的垃圾電動勢，有效增強系統的抗干擾性。

（2）在現場工業環境中如果存在感性負載和容性負載時，信號的突然斷開或接通就會產生突變電流，或時在電磁接觸器動作時產生突變電流和電弧，開關在從接通變成斷開時或斷開突然變成接通時的反應電動勢等等，都能變成干擾源。

另外，在交流感性負載多的工業環境中，將RC浪涌吸收器并接在負載的兩端；在直流感性負載多的工業環境中，將續流二極管VD并接在負載的兩端；在通、斷電路時產生干擾較大的場合，對于交流負載可使用雙向晶閘管輸出模塊等等，都是可以防治輸出信號干擾的技術和措施。

3 PLC控制系統的故障診斷

PLC控制器本身具有一定的自我檢測能力，在系統運行的每個周期中都會運行自動診斷程序并做相應處理。正常情況下，PLC的自診斷包括電源檢查、異常檢查、報警故障檢查、輸入/輸出檢查、外部環境檢查等。PLC控制系統的故障診斷功能也是對PLC控制系統的可靠性和抗干擾性的補充和檢驗。總之，PLC控制系統自身設計就對可靠性和抗干擾性的進行了考慮，所以在PLC控制系統設計應用的時候就要更加注重系統的可靠性和抗干擾性，在條件范圍內不斷提高可靠性和抗干擾性。這樣才可能消除系統運行隱患，降低系統故障率。

參考文獻

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