PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾來(lái)源和抗干擾設(shè)計(jì)

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(lái)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(jì)運(yùn)行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。文章主要論述了PLC在運(yùn)行過(guò)程中所受到的干擾來(lái)源，以及解決這些干擾的一些措施，另外還對(duì)變頻器的抗干擾問(wèn)題進(jìn)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(lái)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(jì)運(yùn)行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。自動(dòng)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(chǎng)和各電機(jī)設(shè)備上，它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)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(jì)、安裝施工和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問(wèn)題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。

2 影響PLC控制系統(tǒng)干擾的主要因素

影響PLC控制系統(tǒng)干擾的主要因素很多，主要的有下面幾種：

（1）輻射干擾輻射電磁場(chǎng)主要是由電力電網(wǎng)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過(guò)程、雷電、無(wú)線電廣播、電視和雷達(dá)等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾。若此時(shí)PLC置于其輻射場(chǎng)內(nèi)，其信號(hào)、數(shù)據(jù)線和電源線即可充當(dāng)天線接受輻射干擾。此種干擾與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的大小，特別是與頻率有關(guān)。

（2）來(lái)自系統(tǒng)外部電源、信號(hào)線等的干擾

a.來(lái)自電源的干擾：PLC的正常供電電源均由電網(wǎng)供電，因而會(huì)直接影響到PLC的正常工作。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間的電磁干擾而產(chǎn)生持續(xù)的高頻諧波干擾。

b.來(lái)自信號(hào)線的干擾：PLC控制設(shè)備的運(yùn)行，總會(huì)有很多信號(hào)線的參與，然而在信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，除了傳輸有效的數(shù)據(jù)外，總會(huì)有干擾信號(hào)的侵入，此時(shí)就形成了干擾。

c.來(lái)自不規(guī)范接地的干擾：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。而不規(guī)范的接地就有可能對(duì)各個(gè)接地點(diǎn)造成不同的地電位差，引起地環(huán)路電流以及信號(hào)工模干擾，影響系統(tǒng)正常工作。

3 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(duì)這兩個(gè)方面進(jìn)行分析：

（1）從硬件方面來(lái)說(shuō)在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，通過(guò)在正確選擇PLC、正確選擇接地點(diǎn)，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。

a.PLC的選擇：選用PLC時(shí)，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(shí)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(guó)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(guó)電網(wǎng)內(nèi)阻大，零點(diǎn)電位漂移大，地電位變化也就大，工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾至少要比歐美地區(qū)高4倍以上，因而對(duì)系統(tǒng)抗干擾能力也就更高，在國(guó)外能正常工作的PLC產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)就不一定能可靠運(yùn)行，因此在采用國(guó)外PLC產(chǎn)品時(shí)應(yīng)按我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)（GB/T13926）合理選擇。

b.正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)：接地的目的通常有兩個(gè)，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(duì)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(hào)電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號(hào)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(diǎn)接地和串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。集中布置的PLC系統(tǒng)適于并聯(lián)一點(diǎn)接地方式，各裝置的柜體中心接地點(diǎn)以單獨(dú)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(diǎn)接地方式。

信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號(hào)側(cè)接地；不接地時(shí)，應(yīng)在PLC側(cè)接地；信號(hào)線中間有接頭時(shí)，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，一定要避免多點(diǎn)接地；多個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)的屏蔽雙絞線與多芯對(duì)絞總屏電纜連接時(shí)，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(diǎn)接點(diǎn)。

c.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(shí)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(jí)線圈連接線要使用雙絞線，以減少電源線間干擾。對(duì)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(shí)變壓器的初級(jí)和次級(jí)連接線均要使用雙絞線。這樣干擾信號(hào)經(jīng)濾波隔離后可大大減弱，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

（2）從軟件設(shè)計(jì)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(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等，利用它們?cè)O(shè)計(jì)一些程序，可以屏蔽輸入元件的誤信號(hào)，防止輸出元件的誤動(dòng)作，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

a.延時(shí)控制：控制器的外部開關(guān)量和模擬量輸入信號(hào)，由于噪聲、干擾、開關(guān)的誤動(dòng)作、模擬信號(hào)誤差等因素的影響，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)按鈕、開關(guān)作為輸入信號(hào)時(shí)，則不可避免產(chǎn)生抖動(dòng)。輸入信號(hào)是繼電器觸點(diǎn)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬間跳動(dòng)，將會(huì)引起系統(tǒng)誤動(dòng)作。在這種情況下，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（或斷開后）才執(zhí)行。

b.軟件濾波：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；去極值平均濾波；算術(shù)平均值濾波；防脈沖干擾平均值濾波。

c.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(dòng)大功率器件動(dòng)作，常常會(huì)伴隨產(chǎn)生火花、電弧等干擾信號(hào)，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。在容易產(chǎn)生這些干擾的時(shí)間內(nèi)，可用軟件封鎖可編程序控制器的某些輸入信號(hào)，適當(dāng)延時(shí)，在干擾消除后，再取消封鎖。

4 結(jié)束語(yǔ)

以上的措施，經(jīng)若干PLC控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行表明，能夠消除現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)的影響，保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。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，合理有效地抑制抗干擾，對(duì)有些干擾情況還需做具體分析，采取對(duì)癥下藥的方法，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。

參考文獻(xiàn)

[1]陳宇.可編程序控制器基礎(chǔ)及編程技巧[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，1999.

[2]陳在平，趙相賓.可編程序控制器技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[3]周萬(wàn)珍，高鴻斌.PLC分析與設(shè)計(jì)應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.