PLC控制系統(tǒng)的抗干擾分析及措施

摘 要：可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，簡稱：PLC）在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)間不超過50年，卻由于使用簡單、功能強(qiáng)大等諸多優(yōu)點(diǎn)得到了極其廣泛的推廣和應(yīng)用。但在電磁環(huán)境、安裝及使用等的不規(guī)范條件下會(huì)對(duì)PLC系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性造成不利影響。本文分析了影響PLC控制系統(tǒng)可靠性的具體干擾因素，詳細(xì)說明了在設(shè)計(jì)、安裝PLC的過程中采取相應(yīng)措施提升系統(tǒng)抗干擾能力的應(yīng)用實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：PLC；可靠性；抗干擾能力

PLC在工業(yè)設(shè)備的自動(dòng)化方面發(fā)揮著非常重要的基礎(chǔ)性作用。PLC控制系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力直接影響到工業(yè)設(shè)備的安全運(yùn)行，影響到企業(yè)生產(chǎn)的安全和效率，而PLC的抗干擾能力又是PLC可靠性的重要要素，是整個(gè)控制系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。影響各類PLC抗干擾能力的因素主要是控制器本身的強(qiáng)電電路和控制器所處的外部惡劣電磁環(huán)境。針對(duì)這兩個(gè)主要影響因素，一是要求PLC設(shè)計(jì)、生產(chǎn)廠家注意設(shè)備提升本身的抗干擾能力設(shè)計(jì)，二是在工程設(shè)計(jì)或是安裝施工及維護(hù)過程中注意電磁環(huán)境對(duì)PLC設(shè)備的影響。

1 影響PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾源主要類型

電磁是工控設(shè)備最主要的干擾源，而電磁干擾源一般來源于自然和人為因素。前者包括各類噪音以及靜電放電，它們一般以低頻（約10MHz）為主，主要對(duì)廣播、通信等電波造成干擾，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的損壞。后者指的是電子、電氣設(shè)備或是類似人工裝置產(chǎn)生的電磁干擾，它是影響PLC控制系統(tǒng)的主要干擾源，包括了各類高頻發(fā)射設(shè)備以及電網(wǎng)干擾等。

電磁干擾的類型多種多樣，按照干擾產(chǎn)生的機(jī)理可以劃分為放電噪音（例如雷電、靜電放電、輝光放電等）、接觸噪音（電路開關(guān)過渡、電磁波反射等）、高頻振蕩噪音等。而按照噪音干擾模式的區(qū)別，可以分為共模干擾和差模干擾。在三相電路中共模干擾指的是兩個(gè)信號(hào)線之間或其中之一與地線之間的干擾，他們幅度相等、相位相同。差模干擾則存在于相線與中線之間，他們幅度相等、而相位相反。有時(shí)共模干擾也用來指同時(shí)加載在各個(gè)輸入信號(hào)接口段的共有的信號(hào)干擾，差模干擾則指作用于信號(hào)正端和負(fù)端之間的干擾電壓。這類干擾加載到有用信號(hào)上，會(huì)直接影響到測量與控制的精度。在復(fù)雜的PLC安裝和工作場所，PLC工控系統(tǒng)既會(huì)受到本身或其他機(jī)械設(shè)備三相電路中的共、差模干擾，也會(huì)受到作用于信號(hào)段的信號(hào)、電壓干擾。這些不同模式的干擾會(huì)嚴(yán)重影響到PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性，需要采取切實(shí)措施加以解決。

2 區(qū)分電磁干擾的干擾來源，采取針對(duì)性的科學(xué)措施

PLC 控制系統(tǒng)一般在非常復(fù)雜的電磁環(huán)境中工作，必須要在設(shè)計(jì)、安裝以及維護(hù)等方面采取針對(duì)性措施，減少或是杜絕各類電磁源對(duì)PLC的影響。

PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾主要通過電源和信號(hào)線傳導(dǎo)，被稱為傳導(dǎo)干擾，是我國工業(yè)設(shè)備工作現(xiàn)場主要電磁干擾，其中包括：

2.1 與PLC工控機(jī)的相關(guān)工作電源導(dǎo)入的電磁干擾。電源是所有工業(yè)設(shè)備的重要部件，也是電磁干擾的重要導(dǎo)入來源。電網(wǎng)干擾主要通過PLC 控制系統(tǒng)的供電電源、變送電供電電源以及與PLC有著直接電氣連接的儀表儀器供電電源導(dǎo)入。其中前者在進(jìn)行工控機(jī)的設(shè)計(jì)時(shí)一般會(huì)采取隔離性能較好的電源避免干擾的導(dǎo)入，而一些相關(guān)設(shè)備的電源則往往對(duì)抗干擾的設(shè)計(jì)要求不是很嚴(yán)格，隔離措施不能滿足抗干擾的要求。例如進(jìn)行電隔離的變壓器分布參數(shù)大導(dǎo)致電源抑制干擾的能力較差，無法避免共模、差模干擾。在進(jìn)行變送器以及與PLC共用信號(hào)的儀表儀器的電源選擇時(shí)，應(yīng)該選取分布電容小、干擾抑制帶大、采用多次隔離、屏蔽和漏感技術(shù)的型號(hào)，以減少對(duì)PLC系統(tǒng)的電磁干擾導(dǎo)入。同時(shí)，為取得供電的安全性以及電源較強(qiáng)的抗干擾隔離性能，PLC控制系統(tǒng)可以選取在線式的不間斷供電電源（即UPS）供電，增強(qiáng)系統(tǒng)本身電源的抗干擾能力。

2.2 信號(hào)線導(dǎo)入的電磁干擾。通過信號(hào)線傳導(dǎo)的電磁干擾可以通過三方面的工作來進(jìn)行抑制。一是選擇不同的線纜進(jìn)行不同信號(hào)的傳輸，在不同電纜之間做好屏蔽工作，盡量避免動(dòng)力電纜和信號(hào)線纜平行鋪設(shè)；二是在信號(hào)接入計(jì)算機(jī)之前進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)。即在信號(hào)線與接地線之間并接電容，減少共模干擾；在信號(hào)兩端加裝濾波器，以減少差模干擾；三是在進(jìn)行PLC的軟件設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到抗干擾的需求，進(jìn)行必要的處理。例如采用數(shù)字濾波減少周期性的電磁干擾、采用動(dòng)態(tài)零點(diǎn)技術(shù)減少電位飄移引發(fā)的干擾等。

2.3 系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的干擾。工業(yè)設(shè)備接地的目的之一就是抗干擾，在進(jìn)行接地設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮設(shè)備的不同裝置特點(diǎn)采取相應(yīng)的接地方式，否則就達(dá)不到抗干擾的目的。對(duì)于PLC控制系統(tǒng)來說，它是高速低電平控制裝置的一種，相互之間信號(hào)交換頻率一般低于1MHz，應(yīng)該采取直接一點(diǎn)接地或是串聯(lián)一點(diǎn)接地的方式，集中布置的PLC系統(tǒng)也可以采取并聯(lián)一點(diǎn)接地的方式。對(duì)于信號(hào)源的接地方式，如果是信號(hào)源直接接地，屏蔽線應(yīng)該在信號(hào)一端接地，如果信號(hào)源不接地，則屏蔽線在PLC工控機(jī)端接地，同時(shí)必須妥善處理信號(hào)線中間接頭，避免多頭接地引起干擾。

2.4 PLC內(nèi)部產(chǎn)生的電磁干擾。PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部存在元器件和電路之間相互的電磁輻射，例如邏輯電路輻射、元器件之間不匹配造成的輻射等。在選定PLC系統(tǒng)型號(hào)時(shí)這些電磁干擾就客觀存在，所以，避免PLC系統(tǒng)內(nèi)部電磁干擾的唯一方法就是選擇較高抗干擾能力的產(chǎn)品。一是具有良好的電磁兼容設(shè)計(jì)，例如采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)、隔離性能非常好的產(chǎn)品；二是要對(duì)即將引進(jìn)的產(chǎn)品進(jìn)行全方位的實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)，特別是與抗干擾相關(guān)的共模抑制比、耐壓能力以及耐電場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度能力等；三就是要選擇經(jīng)過實(shí)際使用、并具有良好抗干擾性能表現(xiàn)的產(chǎn)品。

3 結(jié)束語

PLC控制系統(tǒng)在現(xiàn)代社會(huì)各個(gè)方面發(fā)揮重要作用，抗干擾能力是其安全可靠運(yùn)行的重要保障。無論是在進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)本身的設(shè)計(jì)還是在與PLC系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到PLC系統(tǒng)抗干擾能力的實(shí)現(xiàn)，可以使得PLC系統(tǒng)發(fā)揮更大的生產(chǎn)效率，最大限度提高使用者的經(jīng)濟(jì)效益。

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