淺談PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施

劉書友

【摘要】盡管PLC控制系統(tǒng)在設計制造時已采取了很多抗干擾措施，但為了確保整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，還應采取必要的抗干擾措施，盡量使PLC控制系統(tǒng)具有良好的工作環(huán)境條件。筆者通過對PLC控制系統(tǒng)干擾源的分析，淺探PLC控制系統(tǒng)抗干擾的措施。

【關鍵詞】PLC控制系統(tǒng);干擾源;措施;抗干擾

PLC（可編程序控制器）是以微處理器為核心，綜合了自動控制技術、計算機通信技術，是近年來迅速發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。PLC具有控制功能強、使用靈活方便、可靠性高、易于擴展等優(yōu)點而應用越來越廣泛，成為現(xiàn)代工業(yè)技術的三大支柱之一，在交通、電力、通訊等領域廣泛應用。

可靠性高低是考核電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代化大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。盡管PLC在設計制造時已采取了很多措施，使它對工業(yè)環(huán)境比較適應，但是為了確保整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，還是要采取必要的抗干擾措施，盡量使PLC擁有良好的工作環(huán)境條件。

一、PLC控制系統(tǒng)干擾源的主要來源途徑

1.電源干擾

PLC控制系統(tǒng)正常供電電源來自電網(wǎng)。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，受到空間電磁干擾，空間的輻射電磁場（EMI）主要由電力網(wǎng)絡、電氣設備的暫態(tài)過程、雷電、無線電、廣播電視、雷達等產(chǎn)生，通常稱為輻射干擾。若PLC系統(tǒng)置于射頻場內(nèi)，就會受到輻射干擾，而在線路上感應電壓。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，閘刀開關操作（浪涌電流）、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都將通過輸電線路傳輸?shù)诫娫丛叄赡茉斐蒔LC程序錯誤或運算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，造成設備的失控和誤動作。

2.接地系統(tǒng)干擾

接地是提高電器設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發(fā)出干擾;但錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號。

3.信號線引入干擾

與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除傳輸有效的信號外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是信號線受空間電磁輻射感應的干擾;二是通過變壓器或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾。

4.變頻器干擾

一是變頻器的輸出會產(chǎn)生較強的電磁輻射干擾，影響周邊設備正常工作;二是變頻器啟動及運行過程中產(chǎn)生諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生傳導干擾，引起電網(wǎng)電壓畸變，影響電網(wǎng)供電質量。

二、抗干擾的措施

1.電源干擾的抑制

一般通過設置屏蔽電纜、PLC局部屏蔽和高壓泄放元件進行保護。選用隔離性能較好的設備、選用優(yōu)良的電源、動力線和信號線走線要合理等等，對電源變壓器、中央處理器、編程器等主要部件采用導電、導磁性良好的材料進行屏蔽處理，以防止外界干擾信號的影響。電源波動造成電壓畸變或毛刺，將對PLC及I/O模塊產(chǎn)生不良影響。對微處理器核心部件所需要的+5V電源采用多級濾波處理，并用集成電壓調(diào)整器進行調(diào)整，以適應交流電網(wǎng)的波動和過電壓、欠電壓的影響。電源線平行走線，使電源線對地呈低阻抗，以減少電源噪聲干擾。屏蔽層接地方式不同，對干擾抑制效果會不一樣，一般次級線圈不能接地，輸入、輸出線應用雙絞線且屏蔽層應可靠接地，以抑制共摸干擾。此外可以安裝一臺帶屏蔽層的1：1的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾，還可在電源輸入端串接LC濾波電路等。

2.正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)

良好的接地是保證PLC控制系統(tǒng)可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地的目的通常有兩個，一為了安全，二是為了抑制干擾。在PLC控制系統(tǒng)中，具有多種形式的“接地”，主要有：

1）信號地。輸入端信號元件接地;

2）交流地。交流供電電源的N線;

3）屏蔽地。為防止靜電和磁場感應而設置的外殼或金屬絲網(wǎng)，通過專門的銅導線將其接地;

4）保護地。

將機器設備的外殼或設備內(nèi)獨立器件的外殼接地。一般情況下，接地方式與信號頻率有關，當頻率低于1MHz時，可用一點接地;高于10MHz時，應采用多點接地; 1～10MHz通常情況下PLC控制系統(tǒng)采用一點接地，將所有地線端子和最近接地點相連接，以獲得最好的抗干擾能力。接地線截面積≥2mm2，接地電阻≤100Ω，接地線使用專用地線。

3.信號線引入的防干擾措施

動力線、控制線、PLC的電源線和I/O線應分別配線，隔離變壓器與PLC和I/O之間應采用雙絞線連接。將PLC的I/O線和大功率線分開走線，如必須在同一線槽內(nèi)走線的，應分開捆扎交流線、直流線，若條件允許，分槽走線最好。此外利用信號隔離器解決干擾問題也是很理想的辦法，其原理是先將PLC接收的信號通過半導體器件調(diào)制變換，然后通過光感或磁感器件進行隔離轉換，再進行解調(diào)，變換回隔離前原信號或不同信號，同時對隔離后信號的供電電源進行隔離處理，保證變換后的信號、電源、地之間絕對獨立。

4.變頻器干擾的抑制

（1）加隔離變壓器

針對來自電源的傳導干擾，可將絕大部分傳導干擾阻隔在隔離變壓器之前。

（2）使用濾波器

濾波器具有較強的抗干擾能力，還具有防止將設備本身的干擾傳導給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。

（3）使用輸出電抗器

在變頻器到電動機間增加交流電抗器，減少變頻器輸出在能量傳輸過程中線路產(chǎn)生電磁輻射，影響其它設備正常。

PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個十分復雜的問題。在抗干擾設計中應綜合考慮各方面因素，合理有效抑制抗干擾，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。隨著PLC應用領域的不斷拓寬，如何高效可靠的使用PLC也成為其發(fā)展的重要因素。

參考文獻

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