PLC控制系統干擾及抗干擾措施分析

楊成彥

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.22.005

摘 要：PLC技術的進步推動了企業生產結構的調整及生產力的提高。結合信息化控制，調整好集約化轉型是當前企業面對的重要發展路徑。PLC系統具有顯著優勢，但其應用過程中也會出現系統干擾問題，進而影響到企業的生產作業。該文分析了PLC控制系統的各方面干擾因素，并從硬件和軟件兩個方面列舉了抗干擾的具體措施。

關鍵詞：PLC 控制系統 干擾 措施

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）08（a）-0005-02

目前，PLC控制系統已經在各個行業中得到了廣泛應用，其良好的通用性、簡單的操作性和維護性以及強大的可靠性在工業控制方面能夠起到很大的作用。雖然PLC控制系統本身的可靠性就很強，但如果工作環境非常差，強電場、強磁場等會對PLC控制系統造成嚴重的干擾，導致系統無法正常工作。因此，在一些對可靠性要求很高的應用環境中，需要采取抗干擾措施，保證PLC控制系統的穩定運行。

1 PLC控制系統主要干擾因素

PLC控制系統在很多行業中都有大量的應用，運行環境也存在很大的差異。有些環境中存在著對PLC控制系統有較大干擾的因素。一般來說，可以將這些干擾因素歸結為PLC控制系統的外部干擾，這類干擾主要是空間感應輻射干擾和系統外部接線干擾。PLC內部干擾則是系統本身出現的問題，PLC模塊和I/O內部各部件和線路之間產生的電磁干擾。

（1）來自空間感應和輻射的干擾。PLC控制系統運行環境中一般都存在著大量的電場和磁場，在PLC控制系統運行過程中，會受到這些電場、磁場的持續干擾。電磁場的產生，主要來源于電力網絡、電氣設備的暫態過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達等，如果PLC控制系統自身的屏蔽效果太差，也會產生電磁場。這類電磁場都屬于輻射干擾，PLC控制系統運行環境不同，輻射干擾的成分也會存在差異。輻射干擾的分布情況非常復雜，而且一般范圍都非常大，如果PLC控制系統處于輻射范圍內，就會受到輻射干擾。輻射對于PLC控制系統的干擾是通過兩個方面進行的，一方面是對PLC控制系統內部電路的直接輻射，發生電路感應產生磁場；另一方面是通過對PLC控制系統相關的通信網絡的輻射，使通信線路發生感應，產生干擾。輻射對PLC控制系統的干擾程度是由輻射的強度和頻率決定的。

（2）系統外部接線干擾。系統外部接線干擾又可以分為3種。其一，來自電源的干擾。PLC控制系統的用電一般是由電網提供，而電網的覆蓋范圍極其寬廣，在不同的地域會受到不同的輻射干擾，這些干擾會在電網線路中引起感應電流和感應電壓，進而由電網線路導入PLC控制系統，影響系統的正常工作。同時，電網線路中還接入了大量的用電設備，這些用電設備的開動和關閉都會導致電網中出現電流電壓的波動，進而對PLC控制系統產生干擾。此外，電網線路難免會出現短路和斷路的情況，這同樣會對PLC控制系統產生干擾。目前PLC控制系統主要采用隔離電源，但是隔離效果并不明顯。其二，由信號線引入的干擾。PLC控制系統與大量的信號線相連，這些信號線不僅會傳輸有用的信號，還會導入干擾信號。這些干擾信號一方面可以通過變送器供電電源以及共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾，另一方面則由信號線的外部感應產生。信號線引入的干擾會導致I/O信號工作出現問題，嚴重影響測量精度，甚至會導致元器件的損壞。如果PLC控制系統的隔離性能不足，各種信號之間會互相干擾，引起總線回流，最終導致系統數據的變化、誤動以及死機。其三，來自接地系統混亂的干擾。提高電子設備電磁兼容性的一個常用方法就是接地，良好的接地方法，可以有效屏蔽電磁干擾對PLC控制系統的影響，還能抑制設備向外發出的干擾；而如果接地方法不當，系統混亂，就會起到相反的作用，引入更強的干擾信號，嚴重影響PLC系統的正常工作。

2 PLC控制系統的抗干擾措施

2.1 硬件抗干擾措施

（1）PLC控制系統所受到的空間電磁輻射可以分為共模干擾和差模干擾。對于共模干擾，可以在干擾信號可能發生的信號線上設置共模扼流圈。差模干擾的解決措施則是使用差模干擾抑制器，差模干擾抑制器一般是由低通濾波元件構成的，最簡單的差模干擾抑制器是在兩根電源線之間接入一個濾波電容，形成濾波電路，這樣的方法能夠起到良好的抗干擾效果，即使是對高頻干擾也能起到一定的抑制作用。

（2）對于系統外部接線的抗干擾措施。其一，采用良好的電源抗干擾設計。PLC控制系統的正常工作離不開電源，來自電源的干擾也是非常大量的，因此必須提高電源的抗干擾能力。PLC的外部供電最好從低壓配電室的主母線排上采取專用線供電，從而減少供電線路中接入的電子設備對PLC控制系統的影響。在電源供電線路設置完畢之后，還要接入PLC控制系統的專用穩壓裝置，通過專用穩壓裝置來提高PLC控制系統電源的穩定性。在PLC控制系統電源端子前面設置一個1∶1的隔離變壓器，再接入阻容吸收裝置。電源線最好使用雙絞線，在隔離變壓器和PLC控制系統之間使用雙絞線能夠有效減少電源線路上的外部干擾，如果能夠再在隔離變壓器前面接入一個濾波器則會起到更好的作用。其二，地線連接。對PLC控制系統進行接地，可以分為工作接地和系統接地。工作接地中，PLC控制系統的控制柜要使用絕緣板與地面相互隔離。連線模擬信號的電纜屏蔽層只能在一端接地，如果兩端都接地，就會在信號電纜兩端存在電位差，等位電流通過屏蔽層進入模擬回路形成共模干擾。輸入檢測信號線的電纜屏蔽層需要在PLC控制系統的控制柜進行接地，輸出控制信號線的屏蔽層則是在被控設備進行接地。通過這樣的接地方式，可以消除信號傳輸過程中產生的大部分干擾，對于無法消除的干擾信號，可以通過電容濾波或者信號光電隔離器進行處理。PLC控制系統是高速低電平控制裝置，所以其系統接地采用直接接地的方式。PLC控制系統裝置之間的信號交換頻率大多不超過1 MHz，因此，PLC控制系統接地線適宜使用一點接地和串聯一點接地的方式。集中布置的PLC控制系統最好采用并聯一點接地方式，各個裝置的接地點通過專用的接地線與接地極相連。除此之外，還要對信號源進行接地，此時在信號側設置屏蔽層，如果信號線中存在接頭，則屏蔽層必須進行絕緣處理。

2.2 軟件抗干擾措施

軟件抗干擾措施主要是在計算機程序中應用一定的計算方法，對信號進行數學處理，從而減少甚至消除干擾信號，提高信號的可靠性。軟件抗干擾能夠在節約成本的同時發揮削弱干擾的作用，其原理是采用數字濾波的方法，對輸入的信號進行濾波，將干擾信號濾過。隨著計算機軟件技術水平的提高，軟件抗干擾方法的可行性也越來越高，這種低成本高效率的抗干擾方法能夠得到有效應用。目前比較常用的數字濾波方法是平均值濾波、中位值濾波、限幅濾波以及慣性濾波等等。數字濾波不僅具有良好的穩定性，而且可以通過對參數的修改，靈活應對各種濾波需求。但是，在應用數字濾波進行抗干擾時，要注意回路的數量，避免因為回路數量過大，而導致處理時間大幅增加，主程序無法在執行周期內執行完畢，也就無法完成控制任務。

PLC控制系統的應用愈加廣泛，其在實際工作中發揮的作用也越來越重要。對于PLC控制系統的抗干擾設計是一項至關重要的工作，在實際的工作中，有關人員要對PLC控制系統的干擾來源進行科學分析，然后采取有效的抗干擾措施。

參考文獻

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