淺析PLC的干擾源和抗干擾措施

拾以超

（江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，江蘇 淮安 223003）

目前，可編程控制器（簡(jiǎn)稱 PLC）已基本替代了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)各個(gè)行業(yè)，成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制裝置，居工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化三大支柱的首位。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,而系統(tǒng)的抗干擾能力是整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。因此,分析研究PLC應(yīng)用中的抗干擾技術(shù)是十分必要的。文章主要從硬件和軟件兩個(gè)方面探討PLC控制系統(tǒng)中常見(jiàn)的干擾源和抗干擾措施。離供電系統(tǒng),將控制器、I/O通道和其它設(shè)備的供電采用各自的隔離變壓器分離開(kāi)來(lái),也有助于抗電網(wǎng)干擾。

圖1 多級(jí)濾波電路與隔離變壓器

1 硬件抗干擾措施

（1）電源的干擾及抗干擾措施。PLC系統(tǒng)的正常供電電源均為電網(wǎng)供電，電網(wǎng)覆蓋范圍廣，容易受到空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電流，尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化、輸入開(kāi)關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備啟停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過(guò)輸電線路傳到電源原邊，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。

由于PLC本身抗干擾的能力很強(qiáng),通常只要將PLC電源與系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備分開(kāi)配線,就可以有效抑制來(lái)自電源的干擾。但是,如果遇到電源干擾特別嚴(yán)重,而對(duì)PLC穩(wěn)定性又要求特別高的場(chǎng)合，一般在進(jìn)入PLC系統(tǒng)之前加屏蔽隔離變壓器。當(dāng)電源諧波比較嚴(yán)重時(shí),可在隔離變壓器前加濾波器來(lái)消除電源的大部分諧波,必要時(shí)可在PLC交流電源的進(jìn)線端接入帶屏蔽層的隔離變壓器和多級(jí)濾波器（如圖1所示）。另外分

（2）空間輻射干擾及抗干擾措施。PLC控制系統(tǒng)受到來(lái)自空間的輻射干擾分布極為復(fù)雜，主要有：電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過(guò)程、雷電、無(wú)線電廣播、電視、雷達(dá)、高頻感應(yīng)設(shè)備等產(chǎn)生的干擾。若PLC系統(tǒng)置于所射頻場(chǎng)內(nèi)，就會(huì)收到輻射干擾，其影響主要有兩條路徑：一是直接對(duì)PLC內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；二是對(duì)PLC通信網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路的感應(yīng)引入干擾。

形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備。因而，為了保證PLC控制系統(tǒng)在工業(yè)環(huán)境中免受或減少電磁干擾,抑制電磁干擾也應(yīng)從這三方面入手，采取適當(dāng)措施。首先應(yīng)該抑制干擾源，直接消除干擾原因；其次是消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的途徑；第三是提高設(shè)備的抗干擾能力，降低其對(duì)干擾的敏感度。PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾分為共模干擾和差模干擾兩種。共模干擾主要由電網(wǎng)串入及地電位差和空間電磁輻射在信號(hào)線上感應(yīng)的電壓迭加所形成的干擾，可造成元器件損壞，特別是PLC系統(tǒng)I/O模塊損壞。抑制共模干擾的一種簡(jiǎn)單的方法,就是給有可能有共模干擾的信號(hào)線加裝共模扼流圈。差模干擾是由空間電磁場(chǎng)在信號(hào)間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換成共模干擾所形成的干擾電壓,該電壓能直接影響PLC控制系統(tǒng)測(cè)量與控制精度。濾波器能有效抑制電網(wǎng)中的電磁干擾進(jìn)入設(shè)備，還可以抑制設(shè)備內(nèi)的電磁干擾進(jìn)入電網(wǎng)。因此，差模干擾抑制器通常使用低通濾波元件構(gòu)成,最簡(jiǎn)單的就是一只濾波電容接在兩根電源線之間而形成的輸入濾波電路,只要電容選擇適當(dāng),就能對(duì)高頻干擾起到抑制作用,同時(shí)還可以采用隔離和屏蔽的方法，提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力。為了提高抗干擾能力和防雷擊，PLC的外部信號(hào)、PLC與上位計(jì)算機(jī)及其它智能設(shè)備之間的串行通信信息還可以使用光纖進(jìn)行傳輸和隔離。

（2）接地混亂的干擾及抗干擾措施。接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響,又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；錯(cuò)誤的接地，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使PLC系統(tǒng)無(wú)法正常工作。PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對(duì)PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。

為了安全和抑制干擾,系統(tǒng)一般要正確接地。系統(tǒng)接地方式一般有浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。PLC控制系統(tǒng)屬于高速低電平系統(tǒng),應(yīng)采用直接接地方式。PLC的電源線、I/O 電源線、輸入/輸出信號(hào)線、交流線和直流線都應(yīng)盡量分開(kāi)布線，開(kāi)關(guān)量信號(hào)線與模擬量信號(hào)線也應(yīng)分開(kāi)布線,而且都應(yīng)采用屏蔽線,并將屏蔽層接地。連接接地線時(shí),一般應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①接地電阻小于2Ω；②PLC系統(tǒng)的接地端子正確接地可以有效消除電源系統(tǒng)的共模干擾；③PLC系統(tǒng)的接地線至少用20mm的專用接地線；④輸入/輸出信號(hào)電纜的屏蔽線應(yīng)與接地端子連接,且接地良好。

2 軟件抗干擾措施

由于噪聲、干擾、開(kāi)關(guān)的誤動(dòng)作及模擬信號(hào)誤差等因素的影響,PLC控制系統(tǒng)不可避免會(huì)形成輸入信號(hào)的錯(cuò)誤,引起程序判斷失誤,造成事故。

當(dāng)數(shù)字量如按鈕、開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等作為輸入信號(hào)時(shí),不可避免地產(chǎn)生抖動(dòng)或瞬間跳動(dòng),都將會(huì)引起系統(tǒng)誤動(dòng)作。這種情況,可采用定時(shí)器延時(shí)來(lái)去掉抖動(dòng)。定時(shí)時(shí)間根據(jù)觸點(diǎn)抖動(dòng)情況和系統(tǒng)要求的響應(yīng)速度而定,這樣可保證觸點(diǎn)確實(shí)穩(wěn)定閉合（或斷開(kāi)后）程序才執(zhí)行。還有一些可以預(yù)知的干擾信號(hào),例如可編程序控制器的輸出命令驅(qū)動(dòng)大功率器件動(dòng)作,常常會(huì)伴隨產(chǎn)生火花、電弧等情形,它們產(chǎn)生的干擾信號(hào)可能使可編程序控制器接收錯(cuò)誤的信息。解決辦法是在容易產(chǎn)生這些干擾信號(hào)的時(shí)間內(nèi),可用軟件適當(dāng)延時(shí)來(lái)封鎖可編程序控制器的某些輸人信號(hào),在干擾消除后,再取消封鎖。對(duì)于模擬信號(hào),可采用多種軟件濾波方法來(lái)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(zhuǎn)換時(shí)間和信號(hào)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(dāng)前輸入值。常用的濾波方法有程序判斷濾波、中值濾波、滑動(dòng)平均值濾波、防脈沖干擾平均值濾波、算術(shù)平均值濾波、去極值平均濾波等。在干擾不能避免的情況下,萬(wàn)一其對(duì)控制系統(tǒng)造成大的干擾而使系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí),還可以使用軟件容錯(cuò)技術(shù)，使控制系統(tǒng)對(duì)出錯(cuò)時(shí)的狀態(tài)及時(shí)地進(jìn)行反應(yīng)并決定下一步補(bǔ)救措施。

3 結(jié)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,靈活地選擇行之有效的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)和抗干擾方法,全面合理地考慮系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì),從總體上提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性，確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

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