PLC的抗干擾與可靠性分析

摘 要：目前PLC廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，其可靠性直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，因此討論其可靠性是非常必要的。PLC的抗干擾能力是影響PLC可靠性的關(guān)鍵因素， 本文通過對PLC的抗干擾分析，探討了提高控制系統(tǒng)可靠性的措施。

關(guān)鍵詞：PLC 可靠性 抗干擾

中圖分類號：TP273文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（c）-0000-02

Anti-jamming and reliability analysis of PLC

You Zhongguo

（Nanchong Professional Technic College， Sichuan Nanchong，637131， China）

Abstract： at present， PLC is widely applied to every field of industrial control， its reliability directly affects the stable operation of production safety and the system of the enterprise， so it is very necessary to discuss its reliability. PLC anti-interference ability is a key factor affecting the reliability of PLC， this paper through the analysis on the anti-interference of PLC， discusses how to improve control system reliability measures.

Keywords： PLC reliability， anti-interference

可編程控制器，簡稱PLC，是一種高效的工業(yè)現(xiàn)場控制設(shè)備。伴隨著PLC技術(shù)的快速發(fā)展，它在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛，應(yīng)用環(huán)境越來越復雜，隨時都受到來自各個方面的干擾且不斷變化。盡管PLC在設(shè)計制造時已經(jīng)采取了很多措施使它適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，但在面對惡劣的工作條件時，為了確保整個系統(tǒng)可靠運行，還必須采取必要的抗干擾措施。

1 PLC控制系統(tǒng)的干擾源

PLC控制系統(tǒng)的干擾分為電磁干擾和非電磁干擾。電磁干擾大都來源于用電設(shè)備電流或電壓的劇烈變化，突變的電流或電壓在用電設(shè)備周圍產(chǎn)生可變磁場，進而對周邊設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射并造成干擾。而非電磁干擾則是指除電磁干擾以外的其它環(huán)境因素引起的干擾，如PLC溫升過高、機械抖動等引起的干擾。下面對這兩個方面進行分別說明。

1.1 電磁干擾源

電磁干擾，簡稱EMI，是干擾PLC控制系統(tǒng)的主要因素，通常是以傳導耦合和輻射耦合額的方式進行傳播的，其來源為：

（1）來自電源的干擾

PLC控制系統(tǒng)的電源通常由電網(wǎng)提供。電網(wǎng)中某些大型電力負荷起停時的尖峰電流、電網(wǎng)短路時的沖擊電流、雷電時的感應(yīng)過電流等都會在電網(wǎng)中引起過電壓，并通過輸電線路對接入同一個電網(wǎng)的PLC控制系統(tǒng)供電電源造成嚴重干擾，引起PLC控制系統(tǒng)的失控和誤動作，甚至造成PLC死機。

（2）來自配電柜內(nèi)的干擾

PLC通常會與接觸器、繼電器、電磁閥等眾多設(shè)備組成電氣控制系統(tǒng)，并被混合安裝在同一個配電柜內(nèi)，這些電器的通斷控制同樣會PLC產(chǎn)生一定程度電磁干擾。

（3）來自信號線的干擾

由于PLC的I/O端子通過各類信號線直接與現(xiàn)場輸入輸出設(shè)備相連，由于控制線中傳輸?shù)男盘柎蠖嗟蛪盒盘?，很容易受到外部電磁干擾。在信號的傳輸過程中，外部干擾信號就會通過連接PLC的I/O端子傳輸線侵入。由信號線引入的干擾將使PLC外圍儀表檢測精度降低，造成I/O端子信息異常，輸入輸出設(shè)備誤動或拒動，嚴重時將造成設(shè)備的損毀。

（4）接地系統(tǒng)混亂造成的干擾

接地是提高PLC電磁兼容性（EMC）的有效手段。正確的接地，不僅可以抑制電磁干擾的影響，還能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾。但接地方式多樣，一旦出現(xiàn)接地不當將會導致因各個接地點的電位差而產(chǎn)生的地環(huán)路電流引入嚴重的干擾信號，影響PLC控制系統(tǒng)運行。

（5）來自變頻器的干擾

在需要變頻調(diào)速的控制系統(tǒng)中，PLC與變頻器的組合應(yīng)用非常普遍。變頻器是利用電力電子半導體器件的頻繁快速通斷實現(xiàn)電信號的頻率變換的，整流電路和逆變電路使得變頻器的輸入側(cè)和輸出側(cè)的電壓、電流都含有豐富的諧波，造成電網(wǎng)波形的畸變，從而將干擾引入PLC。

1.2 非電磁干擾源

（1）PLC運行過程中，溫度、濕度、震動、空氣等外部環(huán)境因素都會對PLC的可靠性造成影響。一般情況下，PLC要求在溫度為0～55℃且通風良好、濕度低于85%、無腐蝕性氣體接觸、低震動的外部環(huán)境下工作，否則將對系統(tǒng)引入干擾。

（2）由于長時間的使用，PLC的線路老化、機械觸點松動以及附屬的傳感器設(shè)備和執(zhí)行機構(gòu)老化失靈、觸頭接觸不良等原因造成傳輸信號時斷時續(xù)、信號偏差等現(xiàn)象引入的干擾，使得PLC無法獲取準確的現(xiàn)場信號無法或執(zhí)行機構(gòu)不能正常的執(zhí)行PLC發(fā)出的命令，從而造成控制出錯，導致系統(tǒng)無法正常工作， 降低了系統(tǒng)可靠性。

2 抗干擾措施

2.1 盡量改善環(huán)境條件，滿足PLC運行要求

對于PLC的自然工作環(huán)境不能完全滿足PLC運行環(huán)境要求的情況，應(yīng)當盡量改善環(huán)境條件，以滿足PLC運行要求。例如：使用環(huán)境通風散熱空間狹小時應(yīng)加裝通風冷卻設(shè)備；使用環(huán)境不可避免震動時必須采用減震膠等減震措施；使用環(huán)境有腐蝕性氣體時可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中。

2.2 合理選擇系統(tǒng)電源

在PLC控制系統(tǒng)中，很大部分干擾來自電源，電源的好壞對PLC控制系統(tǒng)可靠性影響極大。為減少電網(wǎng)對PLC控制系統(tǒng)的干擾，對電源采取的抗干擾措施有：（1）隔離

采用隔離變壓器對PLC控制系統(tǒng)供電，隔離變壓器的變比為1：1，其容量應(yīng)選取實際容量1.2～1.5倍。

（2）濾波和交流穩(wěn)壓

為了抑制大容量負荷起停引起的電網(wǎng)電壓波動，保持交流供電電壓的穩(wěn)定，還要在隔離變壓器前加入LC低通濾波器和交流穩(wěn)壓設(shè)備。

（3）屏蔽

為了降低電源線之間的相互干擾，隔離變壓器的二次線圈連接線應(yīng)選擇屏蔽雙絞線，并將屏蔽層良好接地。

（4）分離供電

PLC主機和其I/O端子負荷的供電分別由各自獨立的隔離變壓器供給。

2.3 I/O信號線的合理選擇與配線

（1）由于雙絞線可以有效抑制磁場干擾，屏蔽線可以有效抑制電場干擾，綜合二者優(yōu)點，采用屏蔽雙絞線作為PLC的I/O信號傳輸線可以起到很好的抗干擾效果。對于數(shù)字量輸入信號，還要采用光電耦合器隔離，減少外部干擾的引入。

（2）應(yīng)將I/O信號線與系統(tǒng)的大功率動力線分槽配接并盡量避免并行，這樣不僅能使二者保持較大的空間距離，還可充分利用線槽的屏蔽功能將干擾降到最低。如果必須在同一線槽內(nèi)走線，則應(yīng)做到分開捆扎。

（3）PLC的I/O端連接的電磁感應(yīng)開關(guān)、繼電器、接觸器等感性電器元件時，對于交流通路，應(yīng)在感性元件兩端并接RC阻容吸收電路，對于直流通路，應(yīng)在感性元件兩端并接續(xù)流二極管，以抑制電壓變化率和電流變化率過大而引起的電磁干擾。

（4）對于較大容量的感性負載應(yīng)采用中間繼電器驅(qū)動的方式，有效隔離由于感性負載變化引起的尖峰電流的干擾。

2.4 選擇正確的接地方式，避免地線環(huán)流

正確的接地是消除電磁干擾，保證系統(tǒng)可靠運行的重要措施。

（1）PLC控制系統(tǒng)最好采用單獨接地的方式。如果不能確保單獨接地，可采用公共接地的方式，但決不允許采用與其他設(shè)備串聯(lián)接地接地的方式。

（2）抑制導線之間的電磁干擾最有效的方法就是屏蔽干擾源，因此信號線屏蔽層的接地也十分關(guān)鍵，通常采用一端等電位接地的方式，以避免產(chǎn)生地線環(huán)流。當信號源接地時，屏蔽層應(yīng)在信號側(cè)接地；當信號源不接地時，屏蔽層應(yīng)在PLC側(cè)接地。

2.5 變頻器干擾的抑制

對于有變頻器參與的PLC控制系統(tǒng)，還要抑制來自變頻器的干擾信號。

（1）采用隔離變壓器對變頻器供電，抑制變頻器與電源之間的傳導干擾。

（2）在變頻器與電源之間、變頻器與電動機之間分別加裝EMI濾波器，減少能量傳輸過程中變頻器所產(chǎn)生的高頻電磁輻射對PLC引入的干擾。

2.6 采取必要的軟件抗干擾措施

由于干擾源的復雜性，要根本消除干擾的影響是不可能的，因此還可以在PLC控制系統(tǒng)的軟件方面進行抗干擾設(shè)計，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。例如：使用數(shù)字濾波的方法提高輸入信號的信噪比；采用限幅法、算術(shù)平均法編寫軟件程序等來預防大幅度隨機干擾；采用編寫軟件延時程序防止按鍵抖動引入的干擾；當PLC受到尖鋒電磁干擾而出現(xiàn)用戶程序死循環(huán)時，利用“看門狗”程序能夠?qū)崿F(xiàn)用戶程序自動恢復正常運行。

3 結(jié)語

隨著PLC的應(yīng)用越來越廣泛，影響PLC控制系統(tǒng)工作可靠性的因素也越來越復雜。因此，在系統(tǒng)抗干擾設(shè)計過程中，只有充分考慮到對PLC的各種干擾因素，采取適當?shù)目垢蓴_措施，才能使PLC控制系統(tǒng)可靠地運行。

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