PLC系統的電磁兼容問題研究

摘 要：由于電磁干擾一直是PLC系統中，所存在的比較頑固的問題。文章將針對主要在PLC系統中的電磁干擾進行簡單的介紹，并針對電磁兼容問題進行簡單的探討，提供了些個人建議。

關鍵詞：PLC系統；電磁兼容；問題；措施

引言

一般情況下，大多數的可編程控制器系統一般安裝在機電設備或者生產現場，由于周圍存在的慶典設備比較多，會對可編程控制器的運行產生惡劣的影響，嚴重時會影響其正常工作，這就會致使企業或施工單位的安全生產得不到保障，并且造成嚴重的經濟損失。因此，對于可編程控制器的電磁兼容的分析與研究是非常重要的。

1 可編程控制器的干擾源

PLC系統的干擾源與處在工業中的其他系統的干擾源一般是相同的。傳導型和輻射型是PLC系統的主要干擾源類型。傳導型干擾的作用方式是以電氣線路為路徑進入系統的干擾信號，電氣線路包括電源干擾信號線以及地線；輻射型干擾的干擾路徑是空變成控制器的敏感體，敏感體包括寄生電阻以及寄生電容。

1.1 信號線干擾

在可編程控制器中，其輸入以及輸出的控制線具有數量多、分布廣等特點。由于信號線中的信號傳輸類型比較復雜，非常容易受到電磁信號的耦合侵入，形成干擾信號。而且，在同一根電纜中，由于各類信號的相互疊加，如有效信號與干擾信號的疊加對系統造成的干擾往往是破壞性的。

1.2 電源干擾

以電源線為介質進入系統的干擾，稱電源干擾，是傳導干擾的一種。電網為可編程控制器的電源供電。而電網由于其自身的覆蓋范圍比較廣，很容易受到空間上的電磁干擾，并且電網內部的相互影響也會產生很大的電磁干擾信號，例如產生諧波或部分網絡短路等情況的發生，都有產生相應的感應電流以及感應電壓，干擾信號對電源產生影響時，就會使PLC的正常運行受到影響。

1.3 地線干擾

可編程控制器系統的地線包含四個部分：系統地、屏蔽地、交流地以及保護地。在干擾源中，地線干擾對空變成控制系統的影響是非常大的，它通主要過不良接地或接地系統混亂而形成的干擾。在實際設計中，設備安裝問題是使系統出現漏洞的主要原因。接地干擾的原理是，由于各個接地點間存在電位差，引起的地環路電流很可能會使大地與電纜屏蔽層形成一個封閉回路，而在這個空間中，再加之其他的電磁場的作用，屏蔽層內會有感應電流產生，對信號線進行干擾。還有另外一種情況，可編程控制器系統工作時，其邏輯電壓干擾容限不高，一旦干擾發生超過其限值，很容易使系統的邏輯程序以及運算發生錯誤，嚴重時CPU會發生死機，系統失效。

1.4 內部干擾

可編程控制系統的干擾源還包括來自于自身內部元件以及電路互相輻射影響產生的干擾，如邏輯電路對模擬電路的影響以及邏輯電路之間的相互影響，以及元器件不匹配等。

1.5 空間輻射干擾

空間輻射干擾屬于輻射干擾，引起此類干擾的主要原因是由于電網電氣設備處于暫態。這種輻射干擾的途徑一般有兩種，包括直接對系統的內部的輻射以及對PLC內通信網絡的輻射。值得質疑的是，要想解決因電磁感應產生的干擾，可以使用對屏蔽電纜PLC局部屏蔽進行設置或高壓泄放元件對系統進行保護。

2 防干擾措施

2.1 抗干擾設計

在可編程控制器系統中，要對電源的影響提高重視。干擾在電源輸入線上由于頻率不同的差異存在共模以及差模兩種方式，低頻段一般為差模干擾，高頻段為共模干擾。如果可編程控制器系統使用的是交流電源，那么可以通過在電源的輸入端加接帶屏蔽層的隔離變壓器和EMI濾波器來減少干擾。在圖1中C1/C2為差模電容，它的作用是可以是差模干擾電流短路，C3/C4為接地電容，其作用是將共模干擾電流短路。

一般情況下，為了使PLC系統的電源的穩定性得到保證，在線式不間斷供電電源是我們供電的首選電源，這是一種非常理想的電源。其性能安全可靠，抗干擾能力強。

2.2 接口保護

當系統的輸入/輸出端口接有電感類的設備時，一旦電路突然關斷，電路產生的高壓會瞬間損壞輸入/輸出端口，可以通過接入保護元件的方式，對感性元件進行保護。在直流電路中，可以在感性元件兩端并聯續流二極管、壓敏電阻等。在交流電路中，可以在交流電的輸入端并聯RC浪涌吸收器或壓敏電阻。

2.3 地線干擾的抑制

通常情況下，提高電子設備的電磁兼容性可以通過合理接地的手段，在實踐中發現這是有效可行的。接地的正確能夠有效對電磁干擾影響進行抑制，并且能夠減少系統或設備本身的電磁干擾的產生，是一舉多得。而若接地不正確，就會增加干擾信號，致使系統或設備無法正常工作。

可編程控制器系統的地線有四類：屏蔽地、交流地、系統地和保護地。當接地系統混亂時，其接地點的點位就是不均勻的，在不同的接地點見會形成電位差，從而產生環路電流，使系統不能正常的工作。其具體措施如下：

（1）為可編程控制系統提供專門的接地網。并在強電設備接地點與接地點間開接地線應盡量避開或者盡量縮短平行走線的路程，避免形成強電回路。（2）為了使接地不至于過于混亂，可以盡量使用一點接地或串聯一點接地的接地方式。（3）系統的地線應該是固定的，可任意將地線固定在系統的接地螺釘上。（4）當信號源接地時，傳輸信號的電纜屏蔽層應在信號側接地，反之，屏蔽層在PLC側接地。

2.4 電路的隔離

（1）擬電路中交流供電系統的隔離通常采用專用電源隔離變壓器來有效抑制串入交流電源中的電磁干擾；直流供電系統采用直流電壓隔離器（DC/DC變換器）進行不同子系統之間的電源隔離對于具有直流分量和共模電磁干擾比較嚴重的場合，必須對模擬信號的傳輸進行隔離，通常隔離方式有兩種：高電壓大電流信號采用互感器隔離；微電壓微電流信號選用線性隔離器進行隔離。

（2）數字信號的隔離主要采用光電耦合器及繼電器隔離。PLC的數字輸入信號主要采用脈沖隔離變壓器和光電耦合器隔離。

（3）為了達到抑制電磁干擾的目的，可以通過加入光電耦合器在A/D或D/A變換器之間將模擬信號與數字信號進行隔離，從而使數字電路與模擬電路分隔。

2.5 軟件的抗干擾

在系統的工作現場其電磁環境實復雜多變的，在完善硬件性能的同時，也要加強一些軟件措施的實施，兩者的完美配合，才能使系統的電磁兼容性能發揮的更好。在實際操作中常用的軟件措施有：在PLC控制程序設計、局部短時干擾封鎖、組態時使用數字濾波、延時確認等技術，都能切實有效地提高系統的抗干擾能力。

3 結束語

在設備安裝PLC應用系統的過程中，對于電磁干擾防護設計是非常重要的，要結合實際情況對其工作進行分析設計，要積極應用新的科學技術，積極采用如屏蔽隔離濾波和接地技術等措施，使電磁干擾能夠有效的被抑制，使可編程控制系統的運行更加可靠。

參考文獻

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