PLC控制系統的抗干擾措施

鄭魯平++陳連忠++陳海群++林國勝

摘 要目前PLC控制系統因其良好的可靠性和方便的應用擴展能力在風洞控制系統中已被廣泛應用，但因實驗室多種設備和外部因素的影響也干擾著PLC控制系統的穩定運行，這直接影響到實驗室的安全生產和經濟運行，因此提高PLC系統的抗干擾能力非常重要。

【關鍵詞】PLC控制系統 電磁干擾 抗干擾措施

PLC可編程邏輯控制器，以計算機技術作為基礎，用于執行面向用戶的指令，包括執行邏輯運算、定時、技術、算數操作以及順序控制等，通過數字式輸入/ 輸出或者模擬式輸入/ 輸出控制生產過程，具有控制功能強，可靠性高，使用靈活方便，易于擴展等優點。但是當生產環境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當，就可能造成PLC程序錯誤或運算錯誤，從而產生誤輸入并引起誤輸出，造成設備的失控和誤動作，從而影響PLC控制系統的可靠性及實驗設備的正常運行。

1 實驗室控制系統中的主要干擾源

風洞實驗室用電設備較多，現場環境復雜，設備運行、電纜鋪設、電網擾動等多種因素導致試驗現場的電磁干擾彼此疊加相互影響，目前在試驗現場主要的干擾源有以下幾個方面：

交直流變頻電氣設備和高頻感應加熱設備等產生的空間電磁輻射干擾；PLC交流供電電源的干擾；設備控制信號線鋪設不當引入的干擾；多種用電設備接地不當導致的信號干擾和PLC系統內部元器件電磁兼容相互影響所導致的信號干擾。

2 PLC控制系統抗干擾措施

2.1 PLC控制系統的選擇

首先PLC控制系統要選擇可靠性能高、使用操作及后期維護方便，抗干擾性能較好，易于擴容的PLC控制系統。PLC機型、容量、I /O 模塊、電源等單元的選擇要根據系統的控制要求，確定系統所需的全部輸入設備（如按紐、位置開關、轉換開關及各種傳感器等）和輸出設備（ 如接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執行器等），從而確定與PLC有關的輸入/輸出設備，以確定PLC的I /O點數。

2.2 使用隔離性能好的穩壓電源提高系統的隔離能力

PLC控制系統的電源侵入干擾是一種較為常見的干擾，在PLC的交流電源輸入端配置UPS不間斷電源，因UPS電源自帶的穩壓、濾波和整流功能模塊以及輸入、輸出電源的隔離可以有效防止電網波動和異常雜波帶來的外部干擾，提高系統隔離能力，保證PLC前端供電的安全可靠。

由于PLC控制系統的輸入供電源有一部分是有直接的電氣連接造成干擾，還有變送器供電的電源引起的干擾，對于這種干擾選用性能較好的直流穩壓電源提供直流24V供給輸入端，必要時在信號輸入端采取一些隔離措施，包括使用分布參數大的隔離變壓器，利用多次隔離技術和屏蔽漏感技術形成抑制帶大而分布電容很小的配電器用于共用信號儀表和變送器，從而盡可能減少PLC控制系統的干擾。

2.3 良好的接地系統

控制系統電氣設備接地的目的通常有兩個：

（1）為了設備使用安全；

（2）是為了抑制干擾。

完善的接地系統是PLC 控制系統抗電磁干擾的重要措施之一。PLC 控制系統的地線包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地點使用不當會在不同接地點間產生接地電位差，引起地環路電流，影響系統正常工作。

2.3.1 安全接地

將電源線接地端和柜體連線接地為安全接地。如電源漏電或柜體帶電，可從安全接地導入地下，不會對人造成傷害。

2.3.2 系統接地

將PLC 設備系統地和控制柜內開關電源負端接在一起，保證PLC 控制器與所控的各個設備同電位的接地方法叫系統接地。接地電阻值不大于4Ω。

2.3.3 信號與屏蔽接地

模擬信號一般都采用屏蔽電纜來提高信號傳輸過程中信號的抗干擾能力，信號線必須要有唯一的參考地，屏蔽電纜遇到有可能產生傳導干擾的場合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地環路”。信號源接地時，屏蔽層應在信號側接地；不接地時，應在PLC 側接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接并上錫后進行絕緣處理，一定要避免多點接地；多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏蔽電纜連接時，各屏蔽層應相互連接好，并經絕緣處理，選擇適當的接地處單點接點。

2.4 電纜的選擇與鋪設

不同類型的信號分別采用不同電纜傳輸，信號電纜應按傳輸信號種類分層鋪設，嚴禁用同一電纜的不同導線同時傳送動力電源和信號；避免信號線與動力電纜靠近平行鋪設，以減少電磁干擾。動力線、控制線以及PLC 的電源線和I/O 線應分別配線。將PLC 的IO 線和大功率線分開走線，如必須在同一線槽內，應分開捆扎，若條件允許，分槽走線最好，這不僅能使其有盡可能大的空間距離，還可利用線槽的屏蔽功能將干擾降到最低限度。PLC 的輸入與輸出最好分開走線，開關量與模擬量也要分開敷設。模擬量信號的傳送應采用屏蔽線，屏蔽層應一端接地，接地電阻應小于屏蔽層電阻的1/10。PLC 的布線盡量遠離高壓線和動力線，避免并行。

2.5 硬件安裝的抗干擾措施

信號在接入PLC 前，在信號線與地間并接電容，以減少共模干擾；在信號兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。PLC 應遠離強干擾源如電焊機、大功率硅整流裝置和大型動力設備，不能與高壓電器安裝在同一個開關柜內。在柜內PLC 應遠離動力線。PLC 控制系統輸出端口的抗干擾措施如果PLC控制系統的輸出量變化不多，則應該選用繼電器型輸出模塊這種輸出模塊接觸點的工作電壓范圍較為寬泛，能夠承受較強的瞬時過電壓和瞬時過電流。

2.6 從軟件設計方面提高系統抗干擾能力

PLC控制系統每完成一次循環的各個步驟所使用的時間都是固定不變的，行程開關或者其他的敏感元件與對應的步驟都是在同一時間發出相應的信號。根據PLC的這一特征，可以采用內部定時器，限定PLC控制系統只在行程開關或光電開關正常發出信號的時間內進行采樣，這樣就可以對其他時間發出的干擾信號進行有效屏蔽。此外，還可以利用PLC控制系統的定時器或者內部計數器，設計相應的程序，將輸入元件的錯誤信號進行屏蔽，這樣輸出元件就不會發出錯誤動作，從而也提高了PLC控制系統的抗干擾性。

3 結束語

PLC 控制系統中的抗干擾設計中應綜合考慮各方面的因素，在分析PLC控制系統各種干擾源的基礎上，采取相應的抗干擾措施，從而減少甚至杜絕對于PLC控制系統的干擾，盡量提高PLC控制系統的抗干擾能力，合理有效地抗干擾，才能使PLC 控制系統正常工作。

參考文獻

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作者單位

中國航天空氣動力技術研究院 北京市 100074