淺談PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施

劉書友

【摘要】盡管PLC控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)制造時已采取了很多抗干擾措施，但為了確保整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，還應(yīng)采取必要的抗干擾措施，盡量使PLC控制系統(tǒng)具有良好的工作環(huán)境條件。筆者通過對PLC控制系統(tǒng)干擾源的分析，淺探PLC控制系統(tǒng)抗干擾的措施。

【關(guān)鍵詞】PLC控制系統(tǒng);干擾源;措施;抗干擾

PLC（可編程序控制器）是以微處理器為核心，綜合了自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，是近年來迅速發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。PLC具有控制功能強(qiáng)、使用靈活方便、可靠性高、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用越來越廣泛，成為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的三大支柱之一，在交通、電力、通訊等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

可靠性高低是考核電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代化大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。盡管PLC在設(shè)計(jì)制造時已采取了很多措施，使它對工業(yè)環(huán)境比較適應(yīng)，但是為了確保整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，還是要采取必要的抗干擾措施，盡量使PLC擁有良好的工作環(huán)境條件。

一、PLC控制系統(tǒng)干擾源的主要來源途徑

1.電源干擾

PLC控制系統(tǒng)正常供電電源來自電網(wǎng)。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，受到空間電磁干擾，空間的輻射電磁場（EMI）主要由電力網(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(dá)等產(chǎn)生，通常稱為輻射干擾。若PLC系統(tǒng)置于射頻場內(nèi)，就會受到輻射干擾，而在線路上感應(yīng)電壓。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，閘刀開關(guān)操作（浪涌電流）、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都將通過輸電線路傳輸?shù)诫娫丛叄赡茉斐蒔LC程序錯誤或運(yùn)算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，造成設(shè)備的失控和誤動作。

2.接地系統(tǒng)干擾

接地是提高電器設(shè)備電磁兼容性（EMC）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(shè)備向外發(fā)出干擾;但錯誤的接地，反而會引入嚴(yán)重的干擾信號。

3.信號線引入干擾

與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除傳輸有效的信號外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾;二是通過變壓器或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾。

4.變頻器干擾

一是變頻器的輸出會產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射干擾，影響周邊設(shè)備正常工作;二是變頻器啟動及運(yùn)行過程中產(chǎn)生諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，引起電網(wǎng)電壓畸變，影響電網(wǎng)供電質(zhì)量。

二、抗干擾的措施

1.電源干擾的抑制

一般通過設(shè)置屏蔽電纜、PLC局部屏蔽和高壓泄放元件進(jìn)行保護(hù)。選用隔離性能較好的設(shè)備、選用優(yōu)良的電源、動力線和信號線走線要合理等等，對電源變壓器、中央處理器、編程器等主要部件采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁性良好的材料進(jìn)行屏蔽處理，以防止外界干擾信號的影響。電源波動造成電壓畸變或毛刺，將對PLC及I/O模塊產(chǎn)生不良影響。對微處理器核心部件所需要的+5V電源采用多級濾波處理，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動和過電壓、欠電壓的影響。電源線平行走線，使電源線對地呈低阻抗，以減少電源噪聲干擾。屏蔽層接地方式不同，對干擾抑制效果會不一樣，一般次級線圈不能接地，輸入、輸出線應(yīng)用雙絞線且屏蔽層應(yīng)可靠接地，以抑制共摸干擾。此外可以安裝一臺帶屏蔽層的1：1的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾，還可在電源輸入端串接LC濾波電路等。

2.正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)

良好的接地是保證PLC控制系統(tǒng)可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地的目的通常有兩個，一為了安全，二是為了抑制干擾。在PLC控制系統(tǒng)中，具有多種形式的“接地”，主要有：

1）信號地。輸入端信號元件接地;

2）交流地。交流供電電源的N線;

3）屏蔽地。為防止靜電和磁場感應(yīng)而設(shè)置的外殼或金屬絲網(wǎng)，通過專門的銅導(dǎo)線將其接地;

4）保護(hù)地。

將機(jī)器設(shè)備的外殼或設(shè)備內(nèi)獨(dú)立器件的外殼接地。一般情況下，接地方式與信號頻率有關(guān)，當(dāng)頻率低于1MHz時，可用一點(diǎn)接地;高于10MHz時，應(yīng)采用多點(diǎn)接地; 1～10MHz通常情況下PLC控制系統(tǒng)采用一點(diǎn)接地，將所有地線端子和最近接地點(diǎn)相連接，以獲得最好的抗干擾能力。接地線截面積≥2mm2，接地電阻≤100Ω，接地線使用專用地線。

3.信號線引入的防干擾措施

動力線、控制線、PLC的電源線和I/O線應(yīng)分別配線，隔離變壓器與PLC和I/O之間應(yīng)采用雙絞線連接。將PLC的I/O線和大功率線分開走線，如必須在同一線槽內(nèi)走線的，應(yīng)分開捆扎交流線、直流線，若條件允許，分槽走線最好。此外利用信號隔離器解決干擾問題也是很理想的辦法，其原理是先將PLC接收的信號通過半導(dǎo)體器件調(diào)制變換，然后通過光感或磁感器件進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行解調(diào)，變換回隔離前原信號或不同信號，同時對隔離后信號的供電電源進(jìn)行隔離處理，保證變換后的信號、電源、地之間絕對獨(dú)立。

4.變頻器干擾的抑制

（1）加隔離變壓器

針對來自電源的傳導(dǎo)干擾，可將絕大部分傳導(dǎo)干擾阻隔在隔離變壓器之前。

（2）使用濾波器

濾波器具有較強(qiáng)的抗干擾能力，還具有防止將設(shè)備本身的干擾傳導(dǎo)給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。

（3）使用輸出電抗器

在變頻器到電動機(jī)間增加交流電抗器，減少變頻器輸出在能量傳輸過程中線路產(chǎn)生電磁輻射，影響其它設(shè)備正常。

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(jì)中應(yīng)綜合考慮各方面因素，合理有效抑制抗干擾，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，如何高效可靠的使用PLC也成為其發(fā)展的重要因素。

參考文獻(xiàn)

[1]于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[2]劉鍇，周海.深入淺出西門子S7-300PLC[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，2008.

[3]張萬忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010，12.