PLC控制系統(tǒng)的干擾源分析與抗干擾措施

龐海峰

摘 要：對于PLC控制系統(tǒng)而言，邏輯電路的設(shè)計及過程控制的實現(xiàn)是其重要組成部分，而干擾源的存在會影響電路的運行和控制功能的正常實現(xiàn)，干擾源一般分為共模干擾和差模干擾，干擾源的源頭主要包括空間輻射、電源干擾、線路干擾、接地干擾、系統(tǒng)內(nèi)部干擾等，因此需要PLC系統(tǒng)運行空間的實際干擾源分布情況制定針對性的抗干擾措施，常用的措施包括優(yōu)化升級設(shè)備、設(shè)計抗干擾功能、優(yōu)化線路布局和電源分布、接地系統(tǒng)優(yōu)化等，這些措施可以有效的降低干擾源對PLC系統(tǒng)的干擾，提升PLC系統(tǒng)的運行效率，保障控制功能的實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)、干擾源、抗干擾措施

引言：PLC作為新一代的工業(yè)控制器，秉著通用性好、實用性強、硬件配套齊全、編程簡單易學(xué)等優(yōu)點，而廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的自動控制系統(tǒng)中。PLC是專門為工業(yè)控制設(shè)計的，在設(shè)計和制造過程中采取了多層次的抗干擾措施，使系統(tǒng)能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強電設(shè)備一起工作，運行的穩(wěn)定性和可靠性很高。盡管有如上所述較高的可靠性，較強的抗干擾能力，但當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境處于電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設(shè)備的失控和誤動作，從而不能保證PLC的正常運行，所以提高PLC控制系統(tǒng)可靠性是十分必要的。

一、控制系統(tǒng)中干擾及其來源

常言道：“治標(biāo)先治本”，找到問題出在哪了，才能提出解決問題的正確方法，所以找到現(xiàn)場的干擾源頭尤為關(guān)鍵。

1.電磁干擾源及對系統(tǒng)的干擾

影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源跟影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源是差不多的，絕大部分是產(chǎn)生在電流或者電壓急劇變化的部位，例如大型設(shè)備的啟停、開關(guān)操作浪涌、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路引起暫態(tài)沖擊和空間的輻射電磁場、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的干擾，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即干擾源。按噪聲產(chǎn)生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等，按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共饉干擾是信號對地的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應(yīng)的共態(tài)（同方向）電壓迭加所形成，這種共懂干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共懂干擾所形成的電壓，直接疊加在信號上，影響測量與控制精度。

2.電源干擾

一般情況下，PLC系統(tǒng)電源與供電系統(tǒng)的動力電源是分離的，在進入PLC系統(tǒng)之間加屏蔽隔離變壓器。在隔離變壓器的次級側(cè)與PLC系統(tǒng)間使用大于等于2m2的雙絞線。在一、二次側(cè)的兩線圈之間放置屏蔽體，并與大地相連，這樣可以有效的避免線圈間的直接耦合。對于消除電源諧波可以通過在隔離穩(wěn)壓器前使用濾波器的方法。

3.線間干擾

在PLC控制系統(tǒng)的線路中主要包括電源線、輸入/輸出線、動力線和接地線，若不限存在問題，則會產(chǎn)生電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)等干擾，因此控制系統(tǒng)的布線對于布線間距以及線路的繞圈情況等是有要求的，必須嚴(yán)格按要求進行布線。

（1）地線的連接。控制系統(tǒng)采用正確的接地方式，是安全的保證也是抑制干擾的需要。一般接地方式主要有浮地式、直接式以及電容式三種，對于PLC系統(tǒng)而言由于其屬高速低電平控制裝置，因而采用直接式。

（2）電源線、I/O線與動力線的連接。動力電纜屬于高壓大電流線路，若系統(tǒng)的配線接近則會產(chǎn)生干擾，因此在進行布線時要將PLC的輸入輸出線與其他控制線分開，避免使用一條電纜。在對外部進行布線時對于控制電纜、動力電纜、輸入輸出線三者的間距一般控制在30cm以上。若實際情況不允許，只能提供同一線槽布線時，要使用金屬板將其三者間隔屏蔽，此時金屬板需與地連接。采用此布置原則可以使外界磁場以及這三者之間的相互干擾得到減少。

二、PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施

1.采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾

在PLC控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。電網(wǎng)干擾串入PLC控制系統(tǒng)主要通過PLC系統(tǒng)的供電電源（如CPU 電源、I/O電源等）、變送器供電電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入的?，F(xiàn)在，對于PLC系統(tǒng)供電的電源，一般都采用隔離性能較好電源，而對于變送器供電的電源和PLC系統(tǒng)有直接電氣連接的儀表的供電電源，并沒受到足夠的重視，雖然采取了一定的隔離措施，但普遍還不夠，主要是使用的隔離變壓器分布參數(shù)大，抑制干擾能力差，經(jīng)電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。

2.電纜選擇的敖設(shè)

為了減少動力電纜輻射電磁干擾，尤其是變頻裝置饋電電纜。筆者在某工程中，采用了銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，從而降低了動力線生產(chǎn)的電磁干擾，該工程投產(chǎn)后取得了滿意的效果。

不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應(yīng)按傳輸信號種類分層敖設(shè)，嚴(yán)禁用同一電纜的不同導(dǎo)線同時傳送動力電源和信號，避免信號線與動力電纜靠近平行敖設(shè)，以減少電磁干擾。

3.硬件濾波及軟件抗如果措施

信號在接入計算機前，在信號線與地間并接電容，以減少共模干擾；在信號兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。由于電磁干擾的復(fù)雜性，要根本消除迎接干擾影響是不可能的，因此在PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計和組態(tài)時，還應(yīng)在軟件方面進行抗干擾處理，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。常用的一些措施：數(shù)字濾波和工頻整形采樣，可有效消除周期性干擾；定時校正參考點電位，并采用動態(tài)零點，可有效防止電位漂移；采用信息冗余技術(shù)，設(shè)計相應(yīng)的軟件標(biāo)志位；采用間接跳轉(zhuǎn)，設(shè)置軟件陷阱等提高軟件結(jié)構(gòu)可靠性。

4.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。

結(jié)束語：

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。

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