PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾來源和抗干擾設(shè)計

趙劍 孫曉琳

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PIC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。文章主要論述了PLC在運行過程中所受到的干擾來源，以及解決這些干擾的一些措施，另外還對變頻器的抗干擾問題進行了一系列討論。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；抗干擾；措施

1 概述

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PIC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。自動化系統(tǒng)中所使用的各類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場和各電機設(shè)備上，它們大多處在強電電路和強電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家用提高設(shè)備的抗干擾能力，另一方面要求工程設(shè)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(tǒng)的抗干擾性能。因此，研究PLC控制系統(tǒng)抗干擾信號的來源、成因及其抑制措施，對于提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力及可靠性具有重要的意義。

2 提高系統(tǒng)抗干擾能力措施

抗干擾的措施主要分為兩種：一是硬件方面；二是從軟件方面。下面逐一對這兩個方面進行分析：

2.1 硬件方面

從硬件方面來說，在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，通過在正確選擇PLC、正確選擇接地點，接地方式、合理配置供電電源和I/O端的接線等措施，可有效提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

2.1.1 PLC的選擇

選用PLC時，要選擇有較高抗干擾能力、尤其是外部抗干擾能力以及包括電磁兼容性（EMC）好的產(chǎn)品，如采用浮地技術(shù)、隔離性能好的PLC品牌。同時要根據(jù)應(yīng)用的具體環(huán)境（電磁環(huán)境）合理選擇PLC，由于我國采用的是220V高內(nèi)阻電網(wǎng)制式，而歐美地區(qū)是110V低內(nèi)阻電網(wǎng)，我國電網(wǎng)內(nèi)阻大，零點電位漂移大，地電位變化也就大，工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾至少要比歐美地區(qū)高4倍以上，因而對系統(tǒng)抗干擾能力也就更高，在國外能正常工作的PLC產(chǎn)品在國內(nèi)就不一定能可靠運行，因此在采用國外PLC產(chǎn)品時應(yīng)按我國的標(biāo)準(zhǔn)（GB/T13926）合理選擇。

2.1.2 正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)

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(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。

系統(tǒng)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(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)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(tǒng)接地線采用一點接地和串聯(lián)一點接地方式。集中布置的PLC系統(tǒng)適于并聯(lián)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(yīng)采用串聯(lián)一點接地方式。

信號源接地時，屏蔽層應(yīng)在信號側(cè)接地；不接地時，應(yīng)在PLC側(cè)接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應(yīng)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(yīng)相互連接好，并經(jīng)絕緣處理。選擇適當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c接點。

2.1.3 電源部分的抗干擾方法

電源變壓器是電源部分的主要元件，為了抑制電網(wǎng)中的干擾，一般選用隔離變壓器，且變壓器容量應(yīng)比實際需要大1.2～1.5倍左右。在使用中應(yīng)要求變壓器的屏蔽層良好接地，次級線圈連接線要使用雙絞線，以減少電源線間干擾。對于PLC的控制器電源，如果條件許可，還可在隔離變壓器前加入濾波器，此時變壓器的初級和次級連接線均要使用雙絞線，這樣干擾信號經(jīng)濾波隔離后可大大減弱，增強了系統(tǒng)的可靠性。

PLC供電系統(tǒng)可采用如下方式，控制器和I/O系統(tǒng)分別由各自的隔離變壓器供電，并與主電路電源分開。當(dāng)某一部分電源出了故障時，而不會影響其他部分，如輸入、輸出供電中斷時，控制器仍能繼續(xù)供電，提高了系統(tǒng)的可靠性。

2.1.4 I/O端的接線

輸入接線：（1）輸入接線一般不要太長。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時，輸入接線可適當(dāng)長些。（2）輸入/輸出線不能用同一根電纜，輸入/輸出線要分開。（3）盡可能采用常開觸點形式連接到輸入端，使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致，便于閱讀。

輸出連接：（1）輸出端接線分為獨立輸出和公共輸出。在不同組中，可采用不同類型和電壓等級的輸出電壓。但在同一組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等級的電源。（2）由于PLC的輸出元件被封裝在印制電路板上，并且連接至端子板，若將連接輸出元件的負(fù)載短路，將燒毀印制電路板。（3）采用繼電器輸出時，所承受的電感性負(fù)載的大小，會影響到繼電器的使用壽命，因此，使用電感性負(fù)載時應(yīng)合理選擇，或加隔離繼電器。（4）PLC的輸出負(fù)載可能產(chǎn)生干擾，因此要采取措施加以控制，如直流輸出的續(xù)流管保護，交流輸出的阻容吸收電路，晶體管及雙向晶閘管輸出的旁路電阻保護。

2.2 軟件方面

從軟件設(shè)計方面提高系統(tǒng)抗干擾能力，PLC內(nèi)部具有豐富的軟元件，如定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等，利用它們設(shè)計一些程序，可以屏蔽輸入元件的誤信號，防止輸出元件的誤動作，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

2.2.1 延時控制

控制器的外部開關(guān)量和模擬量輸入信號，由于噪聲、干擾、開關(guān)的誤動作、模擬信號誤差等因素的影響，不可避免會形成輸入信號的錯誤，引起程序判斷失誤，造成事故。當(dāng)按鈕、開關(guān)作為輸入信號時，則不可避免產(chǎn)生抖動。輸入信號是繼電器觸點，有時會產(chǎn)生瞬間跳動，將會引起系統(tǒng)誤動作。在這種情況下，可采用定時器延時來去掉抖動，定時時間根據(jù)觸點抖動情況和系統(tǒng)要求的響應(yīng)速度而定，這樣可保證觸點確實穩(wěn)定閉合（或斷開后）才執(zhí)行。

2.2.2 軟件濾波

對于模擬信號，可采用多種軟件濾波方法來提高數(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)換時間和信號的頻率而定。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：（1）程序判斷濾波；（2）中值濾波；（3）滑動平均值濾波；（4）去極值平均濾波；（5）算術(shù)平均值濾波；（6）防脈沖干擾平均值濾波。

2.2.3 封鎖控制

某些干擾是可以預(yù)知的，例如可編程序控制器的輸出命令驅(qū)動大功率器件動作，常常會伴隨產(chǎn)生火花、電弧等干擾信號，它們產(chǎn)生的干擾信號可能使可編程序控制器接收錯誤的信息。在容易產(chǎn)生這些干擾的時間內(nèi)，可用軟件封鎖可編程序控制器的某些輸入信號，適當(dāng)延時，在干擾消除后，再取消封鎖。

3 結(jié)束語

以上的措施，經(jīng)若干PLC控制系統(tǒng)現(xiàn)場實際運行表明，能夠消除現(xiàn)場干擾信號的影響，保證系統(tǒng)的可靠運行。PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個十分復(fù)雜的問題，因此在抗干擾設(shè)計中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制抗干擾，對有些干擾情況還需做具體分析，采取對癥下藥的方法，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。

參考文獻

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