淺析PLC控制系統(tǒng)的干擾來源及抗干擾策略

［摘要］作者在詳細分析PLC控制系統(tǒng)的各種干擾來源的基礎(chǔ)上，提出了相關(guān)的抗干擾策略。這些策略對于PLC系統(tǒng)在工業(yè)控制中的應(yīng)用有一定的實用價值。

［關(guān)鍵詞］PLC干擾策略

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛。但在特別惡劣的應(yīng)用環(huán)境中，如強電場、強磁場、劇烈的沖擊和振動環(huán)境，PLC控制系統(tǒng)并不一定能可靠地工作；為提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性，首先要認真分析相應(yīng)的應(yīng)用環(huán)境中各種可能產(chǎn)生干擾來源，在此基礎(chǔ)上選擇可靠性強的PLC及相關(guān)模塊，從硬件的角度如工程設(shè)計、施工布線、使用維護等進行抗干擾設(shè)計，改善系統(tǒng)的抗干擾能力，采取合適的抗干擾方式是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。

二、PLC控制系統(tǒng)中干擾的主要來源

1.來自空間的輻射干擾

空間的輻射電磁場主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、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，通常稱為輻射干擾，其分布極為復(fù)雜。若PLC系統(tǒng)置于所射頻場內(nèi)，就會收到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑:一是直接對PLC內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；二是對PLC通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路的感應(yīng)引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場大小，特別是頻率有關(guān)，一般通過設(shè)置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。

2.由電源線引入的干擾

PLC控制系統(tǒng)的供電電源一般由電網(wǎng)供給。由于電網(wǎng)覆蓋范圍寬廣，其受到各種各樣的空間輻射的干擾，這些干擾在網(wǎng)路中引起感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓。電網(wǎng)線路上掛接了各種用電設(shè)備，如大功率電動機、交直流傳動裝置、變頻器、家用電器等等，這些設(shè)備的啟、停會引起電網(wǎng)的電流電壓波動。另外，電網(wǎng)線路的斷路、短路等等都會影響由其進行供電的PLC控制系統(tǒng)。PLC電源通常采用隔離電源，但由于結(jié)構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實踐證明，因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多。

3.來自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾

主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，這都屬于PLC制造廠對系統(tǒng)內(nèi)部進行電磁兼容設(shè)計的內(nèi)容，應(yīng)用部門是無法改變，但要選擇具有較多實踐應(yīng)用或經(jīng)過考驗的PLC系統(tǒng)。

4.由信號線引入的干擾

與控制系統(tǒng)相連的信號輸入輸出線在傳輸有用信號的同時，很多的干擾信號也沿著傳輸線進入PLC控制系統(tǒng)。這些干擾傳入控制系統(tǒng)內(nèi)部通過以下兩種途徑:①通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視；②信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號線上的外部感應(yīng)干擾。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機。

5.由地線引入的干擾

地線的連接方式不當，會引起地環(huán)流。地環(huán)流在屏蔽線內(nèi)部產(chǎn)生電磁場，進而干擾屏蔽線，造成信號的失真。

三、PLC控制系統(tǒng)工程應(yīng)用的抗干擾方式

為了保證系統(tǒng)在工業(yè)電磁環(huán)境中免受或減少內(nèi)外電磁干擾，必須從設(shè)計階段開始便采取三個方面抑制措施:抑制干擾源；切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑；提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力。

1.設(shè)備選型

在選擇設(shè)備時，首先要選擇有較高抗干擾能力的產(chǎn)品，其包括了電磁兼容性，尤其是抗外部干擾能力，如采用浮地技術(shù)、隔離性能好的PLC系統(tǒng)；其次還應(yīng)了解生產(chǎn)廠給出的抗干擾指標，如共模擬制比、差模擬制比，耐壓能力、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環(huán)境中工作；另外是靠考查其在類似工作中的應(yīng)用實績。在選擇國外進口產(chǎn)品注意要按我國的標準(GB/T13926)合理選擇。

2.綜合抗干擾策略

主要考慮來自系統(tǒng)外部的幾種抑制措施。主要內(nèi)容包括:對PLC系統(tǒng)及外引線進行屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對外引線進行隔離、濾波，特別是原動力電纜，分層布置，以防通過外引線引入傳導(dǎo)電磁干擾；正確設(shè)計接地點和接地裝置，完善接地系統(tǒng)。

3.電源的抗干擾策略

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。所以，對于變送器和共用信號儀表供電應(yīng)選擇分布電容小、抑制帶大(如采用多次隔離和屏蔽及漏感技術(shù))的配電器，以減少PLC系統(tǒng)的干擾。此外，為保證電網(wǎng)饋點不中斷，可采用在線式不間斷供電電源(UPS)供電，提高供電的安全可靠性。并且UPS還具有較強的干擾隔離性能，是一種PLC控制系統(tǒng)的理想電源。

4.空間電、磁場干擾的屏蔽與抑制

為減小空間電磁場對信號線的干擾，可以采用多種技術(shù)。要將弱信號線遠離強信號線敷設(shè)，尤其是動力線路，保持這些導(dǎo)線間的距離在一米以上。其次要避免平行走線，也可以減小電磁的干擾。克服電磁干擾的另一個有效的辦法是屏蔽和屏蔽層的正確接地。正確接地的屏蔽既能克服電場干擾又能減小磁場的干擾。

5.正確選擇接地點并完善接地系統(tǒng)

（1） PLC 接地最好采用專用接地極， 絕對不允許與大功率晶閘管裝置和電機等設(shè)備共用接地系統(tǒng)。

（2）PLC 接地與 PLC 距離越短越好。如果 PLC 由多單元組成， 各單元應(yīng)采用同一點接地， 以保證各單元之間電位相等。

（3）PLC 輸入、輸出信號線所用屏蔽電纜的屏蔽層應(yīng)采用一點接地。

（4）接地線截面積應(yīng)大于 2mm2， 接地線一般最長不超過 20m， 接地電阻應(yīng)小于 4Ω

四、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，在抗干擾設(shè)計中應(yīng)綜合考慮各方面的因素。要做到很好地抑制和屏蔽干擾，首先必須結(jié)合特定的現(xiàn)場環(huán)境條件，找出可能的干擾源，然后有針對性地設(shè)計抗干擾措施。在實際開發(fā)過程中，主要在抗干擾方面采取適當?shù)谋Ｗo措施，可以使系統(tǒng)更加安全可靠。

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