工業(yè)PLC控制系統(tǒng)的抗干擾問題探討

姜云

摘 要：PLC作為一種工業(yè)生產(chǎn)過程控制裝置，具有體積小、功能強(qiáng)、適用范圍廣、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中。但如果 PLC的工作環(huán)境過于惡劣，如強(qiáng)電場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)、電氣設(shè)備產(chǎn)生的高頻干擾或安裝使用不當(dāng)?shù)?，?huì)直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，而 PLC系統(tǒng)的抗干擾力是整個(gè)控制系統(tǒng)能否可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。為提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性，需要從多方面提高系統(tǒng)的抗干擾能力。本文將主要分析 PLC 控制系統(tǒng)中常見的干擾源和可采用的抗干擾措施。

關(guān)鍵詞：PLC；工業(yè)控制系統(tǒng)；抗干擾

可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置，可編制器（Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱為 PLC，它的應(yīng)用面、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一，在工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域得到了廣泛的使用。就PLC本身來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)和制造過程中廠家已采取了多層次的抗干擾措施，具有一定的穩(wěn)定性和可靠性，但由于PLC的應(yīng)用場(chǎng)合越來(lái)越廣，應(yīng)用環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，所受的干擾也就越來(lái)越多。因此，研究PLC控制系統(tǒng)抗干擾信號(hào)的來(lái)源、成因及其抑制措施，對(duì)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。

1影響因素

1.1輻射干擾

輻射電磁場(chǎng)主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、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)。

1.2系統(tǒng)外部電源、信號(hào)線的干擾

1.2.1 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。

1.2.2 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^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。此干擾主要有兩種途徑：一是變送器供電電源或共用信號(hào)儀表的供電電源干擾，這往往被忽略；二是信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾，其中靜電放電、 脈沖電場(chǎng)及切換電壓為主要干擾來(lái)源。

1.2.3 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。

1.2.4 來(lái)自相鄰變頻器的干擾：在PLC的實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常與各類型號(hào)的變頻器配合使用，由PLC的輸出控制變頻器的運(yùn)行。變頻器起動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，引起電網(wǎng)電壓畸變，影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量；變頻器的輸出會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射干擾，影響系統(tǒng)正常工作。

2措施

2.1硬件抗干擾措施

2.1.1 電源的選擇 PLC 控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行離不開電源部分，但同時(shí)各種供電電源也會(huì)帶來(lái)電網(wǎng)干擾，因此給PLC系統(tǒng)供電的交流電源要加隔離變壓器。變壓器的一次繞組和二次繞組之間要有接地屏蔽層，最好采用三層靜電屏蔽式的隔離變壓器，這樣可以抑制共模干擾。單層靜電屏蔽的隔離變壓器，由于二次繞組與屏蔽層有寄生電容存在，不能解決工頻干擾的影響，而采用雙層屏蔽的隔離變壓器則能抑制工頻干擾。

2.1.2 系統(tǒng)的正確接地 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。良好的接地既保證了系統(tǒng)安全運(yùn)行，又可以抑制干擾。而在實(shí)際操作中往往由于接地點(diǎn)出現(xiàn)問題，從而影響了系統(tǒng)的正常工作。具體來(lái)說(shuō)，PLC系統(tǒng)的接地包括以下幾種：（1）安全地或電源接地，即將電源線接地端和柜體連線接地為安全接地。（2）系統(tǒng)接地。這種接地方式是PLC控制器為了與所控各個(gè)設(shè)備同電位而進(jìn)行的接地。一般需將PLC設(shè)備系統(tǒng)地和控制柜內(nèi)開關(guān)電源負(fù)極接在一起，作為控制系統(tǒng)地。（3）信號(hào)與屏蔽接地。一般要求信號(hào)線要有唯一的參考地，屏蔽電纜遇到有可能產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾的場(chǎng)合，也要在就地或者控制室唯一接地。信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號(hào)側(cè)接地；否則應(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，避免多點(diǎn)接地。

2.1.3 防止外部配線干擾 為了防止外部配線的干擾，配線時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）交流輸入/輸出信號(hào)與直流輸入/輸出信號(hào)分別使用各自的電纜；超過三十米的長(zhǎng)距離配線時(shí)，輸入和輸出信號(hào)線分別使用各自的電纜；輸入/輸出信號(hào)線與高電壓、大電流的動(dòng)力線要分開配線。（ 2 ）集成電路或晶體管設(shè)備的輸入/輸出信號(hào)線，必須使用屏蔽電纜。（3）遠(yuǎn)距離配線有感應(yīng)電壓或干擾時(shí)，或鋪設(shè)電纜有困難、費(fèi)用較大時(shí)，可采用遠(yuǎn)程I / O控制系統(tǒng) 。

2.2 軟件抗干擾措施

在復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下，硬件抗干擾措施雖然能切斷很多干擾源進(jìn)入PLC控制系統(tǒng)，但無(wú)法避免一些隨機(jī)出現(xiàn)的干擾。 因此，可以借助一些軟件手段進(jìn)一步完善系統(tǒng)的抗干擾措施。

2.2.1 加強(qiáng)系統(tǒng)的故障檢測(cè) PLC本身有很完善的自診斷功能，出現(xiàn)故障時(shí)可以借助一些自診斷程序查找故障原因。機(jī)械設(shè)備的動(dòng)作時(shí)間一般是不變的，可以以這些時(shí)間為參考，當(dāng)PLC發(fā)出控制信號(hào)，在執(zhí)行相應(yīng)機(jī)械動(dòng)作的同時(shí)，啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，如果時(shí)間到，PLC還沒有收到執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作結(jié)束信號(hào)，則啟動(dòng)報(bào)警。另外，由于電磁干擾、噪聲，模擬信號(hào)誤差等因素的影響，會(huì)引起輸入信號(hào)的錯(cuò)誤，造成程序判斷失誤。如按鈕的抖動(dòng)，繼電器觸點(diǎn)的瞬間跳動(dòng)都會(huì)引起系統(tǒng)誤動(dòng)作，可以利用PLC內(nèi)部計(jì)時(shí)器經(jīng)過一定時(shí)間的延時(shí)，得到消除抖動(dòng)后的可靠信號(hào)。

2.2.2 提高輸入信號(hào)的信噪比 信噪比較低的模擬量信號(hào)常常會(huì)因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)的瞬時(shí)干擾而產(chǎn)生較大波動(dòng)。若進(jìn)行控制計(jì)算時(shí)只取瞬時(shí)采樣值則會(huì)引起較大誤差，為此可以采用數(shù)字濾波方法。可以將模擬量信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號(hào)按時(shí)間序列進(jìn)行保存，再利用數(shù)字濾波程序?qū)ζ溥M(jìn)行處理，濾去噪聲部分，得到有用信號(hào)。對(duì)于過程控制中常常出現(xiàn)的流量、壓力，溫度等參數(shù)，可以對(duì)輸入信號(hào)取多次采樣值的平均值來(lái)代替當(dāng)前值，采樣間隔和采樣次數(shù)可以根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間和該信號(hào)的變化頻率而定。

結(jié)語(yǔ) 隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，其功能日趨完善，但是由于PLC的工作環(huán)境往往較為惡劣，會(huì)受到各種現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)的影響。

盡管PLC本身的可靠性很高，仍然需要重視抗干擾問題，只有合理有效地抑制干擾，才能確保整個(gè)PLC控制系統(tǒng)正常工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]張艷梅.PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾來(lái)源和抗干擾設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（26）.

[2]趙劍，孫曉琳.PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾來(lái)源和抗干擾設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（13）.

[3]李珍珍.關(guān)于PLC控制系統(tǒng)的抗干擾問題的若干思考[J].科技傳播，2014（16）.

[4]景強(qiáng).PLC在工業(yè)控制系統(tǒng)中的抗干擾措施[J].電子制作，2013（07）.