PLC控制系統(tǒng)的抗干擾分析及措施

摘 要：可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，簡稱：PLC）在工業(yè)領域應用時間不超過50年，卻由于使用簡單、功能強大等諸多優(yōu)點得到了極其廣泛的推廣和應用。但在電磁環(huán)境、安裝及使用等的不規(guī)范條件下會對PLC系統(tǒng)運行的可靠性造成不利影響。本文分析了影響PLC控制系統(tǒng)可靠性的具體干擾因素，詳細說明了在設計、安裝PLC的過程中采取相應措施提升系統(tǒng)抗干擾能力的應用實踐。

關鍵詞：PLC；可靠性；抗干擾能力

PLC在工業(yè)設備的自動化方面發(fā)揮著非常重要的基礎性作用。PLC控制系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力直接影響到工業(yè)設備的安全運行，影響到企業(yè)生產(chǎn)的安全和效率，而PLC的抗干擾能力又是PLC可靠性的重要要素，是整個控制系統(tǒng)可靠運行的關鍵。影響各類PLC抗干擾能力的因素主要是控制器本身的強電電路和控制器所處的外部惡劣電磁環(huán)境。針對這兩個主要影響因素，一是要求PLC設計、生產(chǎn)廠家注意設備提升本身的抗干擾能力設計，二是在工程設計或是安裝施工及維護過程中注意電磁環(huán)境對PLC設備的影響。

1 影響PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾源主要類型

電磁是工控設備最主要的干擾源，而電磁干擾源一般來源于自然和人為因素。前者包括各類噪音以及靜電放電，它們一般以低頻（約10MHz）為主，主要對廣播、通信等電波造成干擾，經(jīng)常會導致半導體器件的損壞。后者指的是電子、電氣設備或是類似人工裝置產(chǎn)生的電磁干擾，它是影響PLC控制系統(tǒng)的主要干擾源，包括了各類高頻發(fā)射設備以及電網(wǎng)干擾等。

電磁干擾的類型多種多樣，按照干擾產(chǎn)生的機理可以劃分為放電噪音（例如雷電、靜電放電、輝光放電等）、接觸噪音（電路開關過渡、電磁波反射等）、高頻振蕩噪音等。而按照噪音干擾模式的區(qū)別，可以分為共模干擾和差模干擾。在三相電路中共模干擾指的是兩個信號線之間或其中之一與地線之間的干擾，他們幅度相等、相位相同。差模干擾則存在于相線與中線之間，他們幅度相等、而相位相反。有時共模干擾也用來指同時加載在各個輸入信號接口段的共有的信號干擾，差模干擾則指作用于信號正端和負端之間的干擾電壓。這類干擾加載到有用信號上，會直接影響到測量與控制的精度。在復雜的PLC安裝和工作場所，PLC工控系統(tǒng)既會受到本身或其他機械設備三相電路中的共、差模干擾，也會受到作用于信號段的信號、電壓干擾。這些不同模式的干擾會嚴重影響到PLC控制系統(tǒng)運行的可靠性和安全性，需要采取切實措施加以解決。

2 區(qū)分電磁干擾的干擾來源，采取針對性的科學措施

PLC 控制系統(tǒng)一般在非常復雜的電磁環(huán)境中工作，必須要在設計、安裝以及維護等方面采取針對性措施，減少或是杜絕各類電磁源對PLC的影響。

PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾主要通過電源和信號線傳導，被稱為傳導干擾，是我國工業(yè)設備工作現(xiàn)場主要電磁干擾，其中包括：

2.1 與PLC工控機的相關工作電源導入的電磁干擾。電源是所有工業(yè)設備的重要部件，也是電磁干擾的重要導入來源。電網(wǎng)干擾主要通過PLC 控制系統(tǒng)的供電電源、變送電供電電源以及與PLC有著直接電氣連接的儀表儀器供電電源導入。其中前者在進行工控機的設計時一般會采取隔離性能較好的電源避免干擾的導入，而一些相關設備的電源則往往對抗干擾的設計要求不是很嚴格，隔離措施不能滿足抗干擾的要求。例如進行電隔離的變壓器分布參數(shù)大導致電源抑制干擾的能力較差，無法避免共模、差模干擾。在進行變送器以及與PLC共用信號的儀表儀器的電源選擇時，應該選取分布電容小、干擾抑制帶大、采用多次隔離、屏蔽和漏感技術的型號，以減少對PLC系統(tǒng)的電磁干擾導入。同時，為取得供電的安全性以及電源較強的抗干擾隔離性能，PLC控制系統(tǒng)可以選取在線式的不間斷供電電源（即UPS）供電，增強系統(tǒng)本身電源的抗干擾能力。

2.2 信號線導入的電磁干擾。通過信號線傳導的電磁干擾可以通過三方面的工作來進行抑制。一是選擇不同的線纜進行不同信號的傳輸，在不同電纜之間做好屏蔽工作，盡量避免動力電纜和信號線纜平行鋪設；二是在信號接入計算機之前進行抗干擾設計。即在信號線與接地線之間并接電容，減少共模干擾；在信號兩端加裝濾波器，以減少差模干擾；三是在進行PLC的軟件設計時充分考慮到抗干擾的需求，進行必要的處理。例如采用數(shù)字濾波減少周期性的電磁干擾、采用動態(tài)零點技術減少電位飄移引發(fā)的干擾等。

2.3 系統(tǒng)接地設計缺陷導致的干擾。工業(yè)設備接地的目的之一就是抗干擾，在進行接地設計時要充分考慮設備的不同裝置特點采取相應的接地方式，否則就達不到抗干擾的目的。對于PLC控制系統(tǒng)來說，它是高速低電平控制裝置的一種，相互之間信號交換頻率一般低于1MHz，應該采取直接一點接地或是串聯(lián)一點接地的方式，集中布置的PLC系統(tǒng)也可以采取并聯(lián)一點接地的方式。對于信號源的接地方式，如果是信號源直接接地，屏蔽線應該在信號一端接地，如果信號源不接地，則屏蔽線在PLC工控機端接地，同時必須妥善處理信號線中間接頭，避免多頭接地引起干擾。

2.4 PLC內(nèi)部產(chǎn)生的電磁干擾。PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部存在元器件和電路之間相互的電磁輻射，例如邏輯電路輻射、元器件之間不匹配造成的輻射等。在選定PLC系統(tǒng)型號時這些電磁干擾就客觀存在，所以，避免PLC系統(tǒng)內(nèi)部電磁干擾的唯一方法就是選擇較高抗干擾能力的產(chǎn)品。一是具有良好的電磁兼容設計，例如采取了先進的抗干擾技術、隔離性能非常好的產(chǎn)品；二是要對即將引進的產(chǎn)品進行全方位的實驗，檢驗產(chǎn)品的各項指標，特別是與抗干擾相關的共模抑制比、耐壓能力以及耐電場強度、磁場強度能力等；三就是要選擇經(jīng)過實際使用、并具有良好抗干擾性能表現(xiàn)的產(chǎn)品。

3 結束語

PLC控制系統(tǒng)在現(xiàn)代社會各個方面發(fā)揮重要作用，抗干擾能力是其安全可靠運行的重要保障。無論是在進行PLC控制系統(tǒng)本身的設計還是在與PLC系統(tǒng)運行環(huán)境的設計時充分考慮到PLC系統(tǒng)抗干擾能力的實現(xiàn)，可以使得PLC系統(tǒng)發(fā)揮更大的生產(chǎn)效率，最大限度提高使用者的經(jīng)濟效益。

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