PLC控制系统的干扰及抗干扰措施研究

PLC控制系统的干扰及抗干扰措施研究

朱华友

徐州燃烧控制研究有限公司 江苏徐州 221004

摘要：对于PLC控制系统而言，逻辑电路的设计及过程控制的实现是其重要组成部分，而干扰源的存在会影响电路的运行和控制功能的正常实现，干扰源一般分为共模干扰和差模干扰，干扰源的源头主要包括空间辐射、电源干扰、线路干扰、接地干扰、系统内部干扰等，因此需要PLC系统运行空间的实际干扰源分布情况制定针对性的抗干扰措施，常用的措施包括优化升级设备、设计抗干扰功能、优化线路布局和电源分布、接地系统优化等，这些措施可以有效的降低干扰源对PLC系统的干扰，提升PLC系统的运行效率，保障控制功能的实现。

关键词：PLC控制系统、干扰源、抗干扰措施

　　PLC作为新一代的工业控制器，秉着通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程简单易学等优点，而广泛应用于各行各业的自动控制系统中。PLC是专门为工业控制设计的，在设计和制造过程中采取了多层次的抗干扰措施，使系统能在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性和可靠性很高。尽管有如上所述较高的可靠性，较强的抗干扰能力，但当生产环境处于电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行，所以提高PLC控制系统可靠性是十分必要的。

　　1PLC控制系统的干扰源

　　1.1电源的干扰

　　PLC控制系统的供电电源一般均由电网供电。这其中电网内在的变化，刀开关操作产生的浪涌、较大型电力设备起动停止、交直流传动装置造成的谐波、电网短路或放电引起的暂态冲击等，很多途径送电线路引入到电源一次侧。以上原因极有可能引起错误程序或错误运算，造成错误输入输出，从而引起设备失去控制和误动作，不能保证PLC的稳定运行。

　　1.2来自信号线的外部感应干扰

　　PLC控制系统连接有大量的各种信号传输线，在传输有效的各类信息同时，不免会有外部干扰信号伴随入侵。其存在两种干扰方式：一种是途径相关变送器或同用仪表的供电的电源引入的来自电网的干扰，这经常不被注意和重视；第二种是电磁辐射感应对信号线产生的干扰，也就是来自信号线上的外部感应的干扰，这种是主要干扰源。

　　信号带来的干扰会引起输入输出信号工作出错和测量、控制精度大大降低，严重时将引起PLC元器件损坏。对于隔离能力不好的PLC控制系统，还将致使信号相互间干扰，引起共同接地总线系统产生回流，造成逻辑数据异常、误动和死机。因PLC输入输出信号引入的干扰造成PLCI/O元器件损坏数相当多，由此造成自动控制系统故障的情况也很多。

　　1.3接地系统的干扰

　　接地主要是提高电子设备电磁兼容性。正确的接地，不仅能抑制电磁干扰，还能阻止本设备向外发出干扰；相反，错误的接地会引入严重的干扰信号，使PLC控制系统将不能正常工作。

　　1.4变频器产生的干扰。

　　变频器产生的干扰主要包括变频器启动及运行过程中产生的高次谐波对电网产生传导干扰，产生畸变的电网电压，降低电网供电质量；还有就是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的稳定工作。

　　2抗干扰的措施

　　2.1电源干扰的抑制

　　现在PLC控制系统的供电电源，绝大部分都采用具有较好隔离性能的电源，而变送器以及和PLC系统有直接电气连接的仪表供电电源，并没获得较高重视、隔离性能不高。即使应用了一定的隔离措施，但一般还是不够，主要原因是采用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力不高，再经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以对于变送器和共享信号仪表供电应选择具有小分布电容小、大抑制带（例如多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少PLC控制系统的干扰。

　　另外，为保证电网馈电不间断，可采用在线式不间断供电电源（UPS）供电，提高供电的安全可靠性。并且UPS不间断供电电源还具有很强的干扰隔离性能，非常适合为PLC控制系统供电。

　　2.2抑制信号线引入干扰

　　PLC外部配线之间存在分布电容和互感，信号传送时经常会产生窜扰。为防止和减少这种窜扰，交流、直流的输入、输出信号应使用相互独立电缆。其相关集成电路和晶体管设备的I/O信号线要使用屏蔽电缆，且屏蔽电缆在输入、输出侧要悬空，在控制器侧要接地。配线时短距离传输（30米以下），直流和交流I/O信号线避免使用同一根电缆。穿过同一配线管时输入信号线要使用屏蔽电缆。距离在30-300米的配线，直流和交流输出、输入信号线要分别使用各自电缆，并且输入信号线一定要用屏蔽线。对于300米以上长距离配线时，则可用中间继电器转换信号，或使用远程I/O通道。对于PLC控制器的接地线要与电源线或动力线分开，I/O信号线要与高电压、大电流的动力线保持一定距离。传输不同类型的信号分别使用不同的电缆，其信号电缆应按传输信号种类分层敷设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号。为减少电磁干扰，避免信号线和动力电缆靠近平行敷设。

　　此外利用信号隔离器也可很好解决信号线上的干扰问题。其主要方法是先将PLC接收的信号，经半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，再进行解调变换回隔离前原信号或不同信号（包括标准信号电压和信号电流间的转换），同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理，保证变换后的信号、地、电源之间绝对独立。在存有干扰的地方，用隔离器间隔开输入端和输出端，可很好解决干扰问题。

　　2.3正确选择接地点，完善接地系统

　　PLC控制系统的接地线有数字地、模拟地、信号地、交流地、直流地、屏蔽地（机壳地）等。其系统接地方式有：浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。PLC应使用自己独立的接地装置，PLC控制系统是高速低电平的控制装置，适合采用直接接地方式。各装置之间的信号交换频率低于1MHz（信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响），PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式；交换频率高于10MHz时，使用多点接地；频率在1MHz-10MHz之间在实际应用中，一般采用一点接地。布置比较集中的PLC控制系统适于采用并联一点接地方式，各相关装置的柜体中心接地点以独立的接地线连向接地极。如果装置间距较大，应采用串联一点接地方式，用一根截面较大铜母线（也可用绝缘电缆）把各装置的柜体中心接地点连接起来，再将接地母线直接连接到接地极。接地线采用的截面积应为不低于2.5mm2的铜芯导线，总母线使用截面积应为大于6.0mm²的铜线。接地极的接地电阻应小于4Ω，接地极最好埋在距建筑物10-15m远处，而且PLC控制系统接地点必须与强电设备接地点保持10m以上相距。PLC信号源一侧接地时，信号电缆屏蔽层应在信号源侧接地；PLC信号源侧不接地时，信号电缆屏蔽层应在PLC系统侧接地；信号线中间有接头时，其信号线电缆的屏蔽层也应可靠连接并做好绝缘处理，禁止多点接地；多芯对绞总屏蔽电缆与多个测量点信号设计的屏蔽双绞线连接时，各屏蔽层应相互连接好，并做绝缘处理和选择适当的单点接地处。为避免产生各设备之间地电位差，禁止使用串联接地方式。在PLC控制变频器驱动电动机变频调速时，PLC与变频器之间屏蔽线的屏蔽层要做好接地。PLC和变频器之间的控制信号线也可能受空间电磁场的干扰，此时可在控制信号线外层接专用屏蔽线，来提高系统的抗干扰能力。要注意的是这种屏蔽接线的接地点只能选取一点，通常选在变频器一端。这样可增强其系统的抗干扰能力。相反如果屏蔽线在两端都有接地，会造成屏蔽线上有电流，不仅起不到提高系统抗干扰能力的作用，还会增加对PLC的干扰。

　　2.4抑制变频器的干扰

　　对于抑制来自变频器的干扰这里主要介绍三种方法。一是加隔离变压器，主要抑制来自电源的传导干扰，将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。其次是使用滤波器，滤波器具有较强的抗干扰能力，还有防止将设备本身的干扰引入给电源，某些滤波器还能吸收尖峰电压。还有是使用输出电抗器，在变频器与电动机之间加装交流电抗器，减少变频器输出在能量传输过程中线路上产生电磁辐射影响，保证其它设备正常运行。

　　2.5硬件滤波及软件抗干扰措施

　　硬件滤波主要是指在信号两极间加装滤波器来减少线路上的差模干扰；还有就是信号接入计算机前，在信号线和地间并接电容，来减少共模干扰。

　　电磁干扰比较复杂，要彻底消除干扰影响几乎不可能，只有做到尽最大可能去抑制干扰。因此在PLC控制系统的软件设计、组态时，也应在软件方面实施抗干扰处理，进一步提高系统的可靠性。常用提高软件结构可靠性的措施有工频整形采样和数字滤波，可有效消除周期性干扰；定时校正参考点电位，并采用动态零点，可防止电位漂移；利用信息冗余技术，设计相应的软件标志位；利用间接跳转，设置软件保护等。

　　3结语

　　现代社会对安全、环境的要求逐渐提高，而PLC控制系统在这些领域得到了越来越广的应用，PLC控制系统的安全可靠性高低直接影响了安全与环境，因此研究PLC系统的抗干扰问题就变得越来越重要。只有对工作环境作全面的分析，确定干扰性质，并采取相应的抗干扰措施，才能保证系统长期稳定地工作。

参考文献：

　　[1]崔建军.电力系统中的PLC抗电磁干扰技术研究[J].通信电源技术，2019（6）：174-175.

　　[2]安丽娟，韩昱.电力系统中的PLC抗电磁干扰技术探讨[J].企业改革与管理，2015（05）：170.