西門子PLC控制系統干擾源分析及硬件應對措施

楊帆　許業大

摘 要：西門子PLC控制系統廣泛應用于工業領域，其抗干擾能力直接關系工業生產的安全和穩定。文章將分析PLC系統的干擾源，并提出一種有效的硬件抗干擾措施。

關鍵詞：西門子；PLC控制系統；干擾；措施；RS485中繼器

西門子PLC系統在中國應用廣泛，其強大的控制系統幾乎適合于所有的工業領域。但工業現場干擾源較多，直接影響了PLC系統的穩定性。所以，在提出抗干擾措施前，我們必須先了解工業領域的干擾源。

1 工業領域干擾源分析

工業現場，電壓電流劇烈變化的場所是PLC系統的主要干擾源。PLC系統的干擾源分為兩類，內部干擾和外部干擾。內部干擾是指西門子PLC模塊自身產生的干擾，如模塊質量問題、使用壽命、內部接線等。外部干擾是指電磁干擾、電源干擾、接地干擾等。

1.1 內部干擾

西門子PLC內部干擾一般由其控制元件與電路產生的電磁干擾，根本原因是其內部元件互相不匹配。另外，模擬地和邏輯地的互相混用也是產生內部干擾的原因。

1.2 外部干擾

外部干擾一般可分為電源干擾、接地干擾、傳輸干擾。

電源干擾是指由于PLC供電系統波動對其控制系統的影響，如電網暫態沖擊、電力設備起停等。

接地干擾是指PLC系統接地屏蔽錯誤導致的干擾。接地系統本身用作屏蔽干擾的手段，但是使用不當就會增強干擾，如接地系統的共地。PLC接地系統主要包括系統地、保護地、屏蔽地等。接地系統混用會導致不同的地之間產生電位差，電荷在不同電位之間移動產生電流，這種電路環流影響PLC系統的正常工作。

傳輸干擾是指PLC信號傳輸收到外界的干擾。信號傳輸干擾有可能發生在PLC與現場元件之間，也可能發生在PLC站與站之間。PLC與現場元件之間的信號傳輸一般要求帶屏蔽的電纜，電纜屏蔽必須接地良好。PLC之間的信號傳輸則依靠西門子專用的profibus傳輸網絡。雖然都帶有屏蔽線，但工業現場運行著各種大功率、高電流電壓的設備，這些設備起停或者運行時劇烈變化的電流電壓會影響附近PLC的信號傳輸。

2 提高西門子PLC系統抗干擾能力

工業領域不少干擾源是無法避免的。因此，提高PLC系統的抗干擾能力是最有效途徑，而提高抗干擾能力手段分為硬件和軟件兩方面。下面將介紹一種抗傳輸干擾的硬件——西門子RS485中繼器。

3 西門子RS485中繼器簡介

西門子RS485中繼器是解決西門子PLC在信號傳輸上抗干擾問題的有效手段，也是遠距離數據傳輸增強信號的重要方式。按照Profibus網絡規范，當網絡硬件超過32個或波特率對應的網絡通訊距離超過規范時，就需要使用RS485中繼器進行網絡拓展。

西門子RS485分為兩個網段，網段1和網段2，網段之間可實現物理隔離。需要注意的是M5.2是信號線A、B的接地端，用于測量信號電壓時的參考地，一般不接線。如圖1所示。

4 西門子RS485中繼器使用

RS485中繼器有上下兩個網段，其中A1、B1、A1'、B1是網段1， A2、B2、A2'、B2'是網段2，信號再生是在不同網段實現的，同一網段之間不可信號再生。

RS485中繼器在使用上需特別注意終端電阻的設置，錯誤的設置輕則不能發揮抗干擾的作用，重則斷網。RS485中繼器有三種拓撲方式，作為兩個網絡的終端設備、作為一個網絡的中間設備、作為兩個網絡的中間設備。

作為兩個網絡的終端設備時，網段1和網段2的終端電阻都需設置為“on”。由于網段1和網段2各自成為一個獨立網絡，再加之中繼器也占用網絡上的一個物理位置，所以網段1和網段2都只能再增設31個DP站。另外，由于兩個網段各自獨立，所以網段的傳輸距離是倍增的。

作為一個網絡的中間設備時，作為中間設備的網段終端電阻設置為“off”，其傳輸距離是從其起點站至其終點站的距離。

作為兩個網絡的中間設備時，兩個網段終端電阻都設置為“off”，其傳輸距離都為起點站至其終點站的距離。需要注意的是，這種拓撲方式兩段網絡互相影響。如果網絡之間不需要信號傳輸，最好通過網絡開關實現其物理隔離。

提高PLC系統的抗干擾能力對于保證其控制系統的安全穩定有著十分重要的作用。RS485中繼器正是保證西門子PLC信號傳輸穩定的重要手段。作者在工業現場正確合理的使用RS485中繼器，曾多次解決了信號傳輸上的干擾問題。

參考文獻

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