煙草行業PLC控制系統抗干擾性能研究

裴誠

摘 ?要：針對什邡卷煙廠制絲車間生產線改造完成，參照電控資料并結合本人的理解認識，分析了煙草行業中對PLC控制系統造成干擾的電磁干擾來源，指出在工程應用時必須綜合考慮控制系統的抗干擾性能，并結合工程提出了幾種有效的抗干擾措施。

隨著科學技術的發展，PLC在煙草行業生產中的應用越來越廣泛。PLC控制系統的可靠性直接影響到企業的安全生產和經濟運行。而系統的抗干擾能力是關系到整個系統可靠運行的關鍵。要提高PLC控制系統的可靠性，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。

影響PLC控制系統的干擾源與一般影響工業控制設備的干擾源一樣，大都產生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即干擾源。干擾源類型通常按干擾產生的原因、噪聲干擾模式和噪聲的波形性質的不同劃分。其中：按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。

PLC控制系統中電磁干擾的主要來源

1.來自空間的輻射干干擾

2.來自系統外引線的干擾

（1）來自電源的干擾

（2）來自信號線引入的干擾

（3）來自接地系統混亂時的干擾

3.來自PLC系統內部的干擾

1 PLC控制系統工程應用的抗干擾設計

為了保證系統在工業電磁環境中免受或減少內外電磁干擾，必須從設計階段開始便采取三個方面抑制措施：抑制干擾源;切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑;提高裝置和系統的抗干擾能力。這三點就是抑制電磁干擾的基本原則。進行具體工程的抗干擾設計時，應主要以下兩個方面。

1.1設備選型

在選擇設備時，首先要選擇有較高抗干擾能力的產品，其包括了電磁兼容性（EMC），尤其是抗外部干擾能力，如采用浮地技術、隔離性能好的PLC系統;其次還應了解生產廠給出的抗干擾指標，如共模擬制比、差模擬制比，耐壓能力、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環境中工作;另外是靠考查其在類似工作中的應用實績。在選擇國外進口產品要注意：我國是采用220V高內阻電網制式，而歐美地區是110V低內阻電網。由于我國電網內阻大，零點電位漂移大，地電位變化大，工業企業現場的電磁干擾至少要比歐美地區高4倍以上，對系統抗干擾性能要求更高，在國外能正常工作的PLC產品在國內工業就不一定能可靠運行，這就要求在采用國外產品時，按我國的標準（GB/T13926）合理選擇。

1.2綜合抗干擾設計

主要考慮來自系統外部的幾種電磁干擾抑制措施。主要內容包括：對PLC系統及外引線進行屏蔽以防空間輻射電磁干擾;對外引線進行隔離、濾波，特別是動力電纜，分層布置，以防通過外引線引入傳導電磁干擾;正確設計接地點和接地裝置，完善接地系統。另外還必須利用軟件手段，進一步提高系統的安全可靠性。

2主要抗干擾措施

2.1采用性能優良的電源，抑制電網引入的干擾

在PLC控制系統中，電源占有極重要的地位。電網干擾串入PLC控制系統主要通過PLC系統的供電電源（如CPU 電源、I/O電源等）、變送器供電電源和與PLC系統具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入的。現在，對于PLC系統供電的電源，一般都采用隔離性能較好電源，而對于變送器供電的電源和PLC系統有直接電氣連接的儀表的供電電源，并沒受到足夠的重視，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大，抑制干擾能力差，經電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。所以，對于變送器和共用信號儀表供電應選擇分布電容小、抑制帶大（如采用多次隔離和屏蔽及漏感技術）的配電器，以減少PLC系統的干擾。此外，為保證電網饋點不中斷，可采用在線式不間斷供電電源（UPS）供電，提高供電的安全可靠性。并且UPS還具有較強的干擾隔離性能，是一種PLC控制系統的理想電源。

2.2電纜選擇的敷設

為了減少動力電纜輻射電磁干擾，尤其是變頻裝置饋電電纜。采用銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，從而降低了動力線生產的電磁干擾。不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應按傳輸信號種類分層敷設，嚴禁用同一電纜的不同導線同時傳送動力電源和信號，避免信號線與動力電纜靠近平行敷設，以減少電磁干擾。

2.3硬件濾波及軟件抗干擾措施

信號在接入計算機前，在信號線與地間并接電容，以減少共模干擾;在信號兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。由于電磁干擾的復雜性，要根本消除干擾影響是不可能的，因此在PLC控制系統的軟件設計和組態時，還應在軟件方面進行抗干擾處理，進一步提高系統的可靠性。常用的一些措施：數字濾波和工頻整形采樣，可有效消除周期性干擾;定時校正參考點電位，并采用動態零點，可有效防止電位漂移;采用信息冗余技術，設計相應的軟件標志位;采用間接跳轉，設置軟件陷阱等提高軟件結構可靠性。

2.4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。用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于22mm2的銅導線，總母線使用截面大于60mm2的銅排。接地極的接地電阻小于2Ω，接地極最好埋在距建筑物10 ～ 15m遠處，而且PLC系統接地點必須與強電設備接地點相距10m以上。

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。

參考文獻

[1] ?《可編程序控制器技術與應用系統設計》 機械工業出版社

[2] ?《自動化信息》 ?四川省自動化與儀器儀表學會