淺析PLC的干擾源和抗干擾措施

拾以超

（江蘇食品職業技術學院 機電工程系，江蘇 淮安 223003）

目前，可編程控制器（簡稱 PLC）已基本替代了傳統的繼電器控制系統，廣泛應用于社會生產各個行業，成為工業自動化領域中最重要、應用最多的控制裝置，居工業生產自動化三大支柱的首位。PLC控制系統的可靠性直接影響到企業的安全生產和經濟運行,而系統的抗干擾能力是整個系統可靠運行的關鍵。因此,分析研究PLC應用中的抗干擾技術是十分必要的。文章主要從硬件和軟件兩個方面探討PLC控制系統中常見的干擾源和抗干擾措施。離供電系統,將控制器、I/O通道和其它設備的供電采用各自的隔離變壓器分離開來,也有助于抗電網干擾。

圖1 多級濾波電路與隔離變壓器

1 硬件抗干擾措施

（1）電源的干擾及抗干擾措施。PLC系統的正常供電電源均為電網供電，電網覆蓋范圍廣，容易受到空間電磁干擾而在線路上感應電壓和電流，尤其是電網內部的變化、輸入開關操作浪涌、大型電力設備啟停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網短路暫態沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊，這將會造成設備的失控和誤動作,從而不能保證PLC的正常運行。

由于PLC本身抗干擾的能力很強,通常只要將PLC電源與系統動力設備分開配線,就可以有效抑制來自電源的干擾。但是,如果遇到電源干擾特別嚴重,而對PLC穩定性又要求特別高的場合，一般在進入PLC系統之前加屏蔽隔離變壓器。當電源諧波比較嚴重時,可在隔離變壓器前加濾波器來消除電源的大部分諧波,必要時可在PLC交流電源的進線端接入帶屏蔽層的隔離變壓器和多級濾波器（如圖1所示）。另外分

（2）空間輻射干擾及抗干擾措施。PLC控制系統受到來自空間的輻射干擾分布極為復雜，主要有：電力網絡、電氣設備的暫態過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應設備等產生的干擾。若PLC系統置于所射頻場內，就會收到輻射干擾，其影響主要有兩條路徑：一是直接對PLC內部的輻射，由電路感應產生干擾；二是對PLC通信網絡的輻射，由通信線路的感應引入干擾。

形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設備。因而，為了保證PLC控制系統在工業環境中免受或減少電磁干擾,抑制電磁干擾也應從這三方面入手，采取適當措施。首先應該抑制干擾源，直接消除干擾原因；其次是消除干擾源和受擾設備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的途徑；第三是提高設備的抗干擾能力，降低其對干擾的敏感度。PLC控制系統的電磁干擾分為共模干擾和差模干擾兩種。共模干擾主要由電網串入及地電位差和空間電磁輻射在信號線上感應的電壓迭加所形成的干擾，可造成元器件損壞，特別是PLC系統I/O模塊損壞。抑制共模干擾的一種簡單的方法,就是給有可能有共模干擾的信號線加裝共模扼流圈。差模干擾是由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換成共模干擾所形成的干擾電壓,該電壓能直接影響PLC控制系統測量與控制精度。濾波器能有效抑制電網中的電磁干擾進入設備，還可以抑制設備內的電磁干擾進入電網。因此，差模干擾抑制器通常使用低通濾波元件構成,最簡單的就是一只濾波電容接在兩根電源線之間而形成的輸入濾波電路,只要電容選擇適當,就能對高頻干擾起到抑制作用,同時還可以采用隔離和屏蔽的方法，提高裝置和系統的抗干擾能力。為了提高抗干擾能力和防雷擊，PLC的外部信號、PLC與上位計算機及其它智能設備之間的串行通信信息還可以使用光纖進行傳輸和隔離。

（2）接地混亂的干擾及抗干擾措施。接地是提高電子設備電磁兼容性的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響,又能抑制設備向外發出干擾；錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統無法正常工作。PLC控制系統的地線包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統混亂對PLC系統的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環路電流，影響系統正常工作。

為了安全和抑制干擾,系統一般要正確接地。系統接地方式一般有浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。PLC控制系統屬于高速低電平系統,應采用直接接地方式。PLC的電源線、I/O 電源線、輸入/輸出信號線、交流線和直流線都應盡量分開布線，開關量信號線與模擬量信號線也應分開布線,而且都應采用屏蔽線,并將屏蔽層接地。連接接地線時,一般應注意以下幾點：①接地電阻小于2Ω；②PLC系統的接地端子正確接地可以有效消除電源系統的共模干擾；③PLC系統的接地線至少用20mm的專用接地線；④輸入/輸出信號電纜的屏蔽線應與接地端子連接,且接地良好。

2 軟件抗干擾措施

由于噪聲、干擾、開關的誤動作及模擬信號誤差等因素的影響,PLC控制系統不可避免會形成輸入信號的錯誤,引起程序判斷失誤,造成事故。

當數字量如按鈕、開關、繼電器觸點等作為輸入信號時,不可避免地產生抖動或瞬間跳動,都將會引起系統誤動作。這種情況,可采用定時器延時來去掉抖動。定時時間根據觸點抖動情況和系統要求的響應速度而定,這樣可保證觸點確實穩定閉合（或斷開后）程序才執行。還有一些可以預知的干擾信號,例如可編程序控制器的輸出命令驅動大功率器件動作,常常會伴隨產生火花、電弧等情形,它們產生的干擾信號可能使可編程序控制器接收錯誤的信息。解決辦法是在容易產生這些干擾信號的時間內,可用軟件適當延時來封鎖可編程序控制器的某些輸人信號,在干擾消除后,再取消封鎖。對于模擬信號,可采用多種軟件濾波方法來提高數據的可靠性。連續采樣多次,采樣間隔根據A/D轉換時間和信號的頻率而定。采樣數據先后存放在不同的數據寄存器中,經比較后取中間值或平均值作為當前輸入值。常用的濾波方法有程序判斷濾波、中值濾波、滑動平均值濾波、防脈沖干擾平均值濾波、算術平均值濾波、去極值平均濾波等。在干擾不能避免的情況下,萬一其對控制系統造成大的干擾而使系統出現異常時,還可以使用軟件容錯技術，使控制系統對出錯時的狀態及時地進行反應并決定下一步補救措施。

3 結語

PLC控制系統中的干擾是一個十分復雜的問題,因此在抗干擾設計中應綜合考慮各方面的因素,靈活地選擇行之有效的可靠性設計技術和抗干擾方法,全面合理地考慮系統的軟件和硬件設計,從總體上提高系統的抗干擾能力和可靠性，確保控制系統安全可靠運行。

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