PLC控制系统产生干扰的原因剖析及抗干扰措施研究

PLC控制系统产生干扰的原因剖析及抗干扰措施研究

梁伟泉

梁伟泉

（广州白云电器设备股份有限公司，510640）

【摘要】整个系统的可靠运行与PLC抗干扰能力密切相关。本文通过对空间、系统外部及PLC系统本身的干扰因素的详细分析，提出了增强PLC控制系统抗干扰能力的方案，并且就硬件设施及软件升级两方面，提出了切实可行的策略。对于硬件设施采用抗干扰技术有助于抵制干扰源的影响，切断干扰传输的渠道。在此基础上，运用PLC内部的定时器、计数器及辅助继电器进行干扰程序的设计，从而有效地提升PLC抵抗干扰的能力。

【关键词】PLC控制系统；干扰原因；抗干扰措施

PLC的抗干扰水平影响着整个系统的运行效果。笔者将在下文分析PLC的干扰因素，包括来自空间的辐射、PLC系统外部造成的干扰及PLC系统自身的干扰，就此提出了硬件和软件应该采取何种措施抵抗干扰。笔者发现可以将硬件和软件抗干扰措施相结合，从而达到更为理想的抵抗干扰的效果。

一、PLC控制系统干扰因素

（一）源自空间的辐射干扰

辐射干扰是由雷达、无线电广播、电气设备的暂态过程及高频感应加热设备等造成。处于辐射场内的PLC的信号线、电源线和数据线都会起到天线的作用，因而受到辐射干扰。影响的方式主要有两种：第一，干扰由通讯线路引入干涉PLC的通信网络；第二，干扰由电路感应产生，直接辐射PLC内部。

（二）源自系统外部的干扰

1、电源的干扰

电源的干扰涵盖三个方面：第一，由于PLC对现场大型设备的启、停机的控制，引起了浪涌、过电压等等。第二，交直流传动装置造成的谐波、电网短路暂态冲击及工业电网大型设备启停等等。第三，在运用半导体，如SCR、GTO及IGBT等的过程中，产生了高次谐波、寄生震荡及噪声等等[1]。

2、信号传输线上的干扰

PLC的信号线在传输信息时，可能受到两方面的干扰：其一是空间电磁辐射感应，其二是变送器或共用信号仪表供电电源串入的电网干扰。

3、接地系统的干扰

PLC控制系统的地线涵盖模拟地、屏蔽地、信号地等等，接地良好有助于提升PLC工作的可靠性。由于接地点分布不均，各个地点间存在地电位差，导致地环路电流，会对PLC产生干扰。

（三）PLC系统自身造成的干扰

PLC系统内部元件及电路间的电磁辐射是导致这类干扰的原因，包括元件的不匹配等。PLC自身造成的干扰难以彻底改变，但是可以选用实践应用较为广泛的PLC系统[2]。

二、硬件抗干扰措施

（一）抵抗空间电磁辐射的措施

共模干扰和差模干扰是PLC控制系统电磁干扰的主要类型。抵制共模干扰最为简捷的方法是给具有潜在共模干扰的信号线安装共模扼流圈；对于差模干扰来说，可以采用低通滤波元件制作的差模干扰抑制器来防范，这也有助于在一定程度上抵制高频干扰。

（二）使用性能良好的电源

从电源耦合进PLC系统的干扰所占比例约为70%，性能优、隔离好的电源对于抵制电网引入的干扰作用十分关键。对此，可以采用如下的措施：第一，把24v直流传感器电源的M端接地；第二，对于干扰较为严重的地点，首先把滤波器接入电源，然后使用隔离变压器。第三，为了保证供电安全，可以通过UPS（在线式不间断电源）方式进行供电，UPS能够有效地保护PLC控制系统，抵抗干扰隔离性较强[3]。

（三）I/O抗干扰

第一，在输入信号源及输出驱动负载都属于感性元件时，触点闭合时会引起电弧，触点断开时则会导致高出电源电压的反电势。直流电路可以采取将续流二极管VD并联的方式，交流电路可以通过在两端并联RC的方式来避免这种干扰。第二，如果信号源是晶体管或者光电开关输出类型，在输入关断时可能产生漏电流。当输出元件是晶体管或双向晶闸管时，当较小的负载断开时漏电流干扰也会比较大，二者均可能引起I/O错误。为了解决这一问题，可以通过在PLC的输入/输出端并联旁路电阻。

（四）外部配线设计

PLC运行的稳定性与外部配线设计关系有很大关系，远距离传送信号时，可能引起传输误差，有效的干扰方法是双绞线和屏蔽线[4]。

1、接地方式不同，双绞线的干扰效果也会存在差异。在两端接地时，信号阻抗及地线阻抗不对称，地环电流引起双绞线电流的不平衡，削弱了抵抗磁场干扰的能力。因此，一端接地的方式更为适用。

2、屏蔽线能够抵制电场和磁场造成的干扰，接地方式的不同也会引起屏蔽线干扰能力的差异。当屏蔽层两端接地时，大小相等的电流流动方向相反，起到了抵销磁场干扰的作用，能有效地抵制磁场干扰及磁场耦合干扰。一端接地的抑制效果好于两端接地，但是如果屏蔽层不接地，就没有抑制干扰的能力。

三、软件抗干扰措施

软件措施不能完全消除干扰，所以需要结合PLC内部元件设计干扰程序，从而提升PLC的抗干扰能力。

去“抖动”干扰。如图1所示：

图1去“抖动”干扰程序及波形对比图

在接通输入元件时，接触点会出现不规则“抖动”而发出错误信号。在图1（a）中，运用了直接输出方法，在输入I0.0出现抖动时，输出Q0.0会随之抖动，如图1（c）。在图（b）的装置中增加一个定时器，能够延长T=x*0.1s，在正常情况下，输入信号I0.0触点接通时间会比这个间隔时间长。输出端能正常接收到有效信号，并且会自动过滤掉时长小于T的干扰信号，不影响输出。

（二）互锁程序保护

互锁功能也用于加强系统的可靠性但是对于反转控制电路等来说，仅仅利用软件互锁是不够的。在触点“烧死”时，接触器的线圈失电起辅助作用的常开触点在物理上仍然处于连接状态，会造成三相电源短路现象。

（三）数字滤波

经过A/D转换的现场模拟信号，首先被存储在独立的数据寄存器里，经由数字滤波器把干扰信号过滤掉，从而取得有效输入信号[5]。最为常见的滤波方法包括：中值滤波、滑动平均值滤波等等。

结语：

PLC的运用范围逐渐扩大，与之相应，PLC控制系统也不断地完善，面对的干扰日趋增多，整个系统运行的可靠程度很大程度上取决于PLC抵御干扰的能力。笔者通过实践经验的积累，找出了潜在的干扰源，并且结合各种因素，运用硬件及软件措施抵抗干扰，提升了PLC的抗干扰水平，使得系统的抗干扰能力也得到显著提高，保证了PLC系统的安全及高效运行，为企业提高经济效益提供有力支撑。

参考文献：

[1]韩大红.PLC控制系统在电解铝环境中的抗干扰分析及解决方法[J].甘肃科技,2013,29(16):41-42,24.

[2]朱文明.PLC系统在应用中的抗干扰措施[J].中小企业管理与科技,2013(1):228.

[3]于强.关于水电站设备PLC控制系统抗干扰措施的研讨[J].黑龙江科学,2014,5(1):201.

[4]胡世雄,刘佳伟,杜小刚等.高炉PLC控制系统抗干扰对策[J].中国设备工程,2015(3):48-49.

[5]王宇涵.洗煤厂变频器干扰的影响及抗干扰措施[J].机电信息,2014(15):48-49.