PLC運行的干擾類型及來源分析

高毅 羅振鋼

摘要：隨著自動化技術的不斷發展，PLC控制系統的功能越來越強大，被廣泛應用于工業生產中，能夠對整個生產過程進行系統全面地有效控制，促進了生產效率的提高。但是PLC控制設備的工作環境往往較為惡劣，這就導致其在實際的工作過程中會受到各種不利因素的影響，進而導致PLC控制系統無法正常運行，可能造成系統出現失控的問題，這就會給安全生產帶來不小的安全隱患。因此，需要對PLC控制系統在運行過程中所受到的干擾類型和來源進行深入地分析研究，為制定科學合理的控制措施提供可靠保障。本文對PLC運行的干擾類型及來源進行分析。

關鍵詞：PLC;干擾;信號源

1PLC運行的干擾類型

對PLC控制系統造成干擾的干擾源，往往都出現在電流和電壓發生劇變化的位置處。其原理是電流發生變化就會形成磁場，進而對PLC控制設備造成電磁輻射影響，而磁場發生改變就會形成電流，電磁高速就會產生電磁波，進而影響PLC設備的正常運行。根據干擾模式的不同，PLC設備所受到的電磁干擾可以分為共模干擾和差模干擾，下面將分別進行論述。

1.1共模干擾

共模干擾是指干擾電壓信號在信號線和回線上所形成的電壓幅度相同，該電壓參考周圍的大地電位，在干擾電壓的影響下，導線與參考物體之間就構成了電流回路。通常情況下，造成共模電流的原因主要有：一是PLC外部的電磁場在其內的導線上形成感應電壓，在感應電壓的影響下，就會在PLC內的回路里產生感應電流;二是PLC控制設備兩端所連接的地電位不同，進而會形成一定的有電位差，在該電位差的影響下就會形成感應電流;三是PLC控制設備接地不良，導致其與大地之間具有一定的電位差，進而會在PLC控制系統中的回路里形成共模電流。在共模電流的影響下，會產生非常強烈的電磁輻射，會對PLC控制設備的穩定運行帶來不利影響，導致其無法正常運行。

1.2差模干擾

差模干擾是指干擾電壓存在于信號線與回線之間，而干擾電流則是在導線與參考物體所構成的回路中進行流動。空間電磁場在信號間耦合感應所形成的電壓和不平衡電路轉換共模干擾而形成的電壓，會對PLC控制信號造成干擾，導致PLC控制系統的測量精度發生較大的波動，進而影響PLC系統對設備的正常控制。

2PLC運行的干擾來源

2.1空間電磁輻射

PLC控制系統所受到的空間電磁輻射干擾來源非常廣泛，常見的來源主要包括電力網路、雷電、無線電廣播、雷達以及高頻感應加熱設備等，其分布范圍非常廣泛，所造成的影響也較大。當PLC控制系統工作環境中的電磁輻射超過正常工作所允許的最大值時，就會受到射頻所造成的輻射干擾。空間電磁輻射對PLC控制系統所造成的不利影響主要有：一是對PLC的內部設備進行輻射，進而在回路中形成電路感應造成影響;二是對PLC控制系統的通信網絡進行輻射影響，在通信線路中形成電路感應而造成間接的不利影響。電磁輻射干擾與現場設備的安裝位置和設備工作過程中所產生的電磁場之間具有密切的關系，尤其是與頻率之間具有直接關系。

2.2電源系統電磁感應

PLC控制系統設備的電源主要是由電網提供，由于其供電電網的供電范圍非常大，導致其供電線路也非常復雜，在空間電磁場的作用下，就會造成供電線路中的電流和電壓發生一定的變化。尤其是供電電網內部的電壓和電流發生變化，都會影響PLC控制系統的正常工作。例如，操作供電電網開關時形成的浪涌、大型電力設備啟停和交直流傳動裝置引起的諧波以及電網短路時形成的暫態沖擊等情況，都會經由供電線路傳輸給PLC控制設備，進而影響PLC控制設備的正常運行。

2.3信號線引入

PLC控制系統中的信號線負責將各種控制指令快速準確地傳輸至相應的工作設備中，進而確保各個設備之間能夠進行有效地協調配合工作。在控制信號的傳輸過程中，難以避免會受到來自系統外部信號的侵入，這就會影響正確信號的順利傳輸，進而導致部分設備接收錯誤的控制指令，無法正常運行。外部干擾信號的侵入會導致I/O信號出現工作異常，導致PLC控制系統無法進行準確的測量工作，進而造成系統的測量精度大大降低，嚴重時還可能導致PLC控制系統內部的元器件發生不同程度的損傷。

2.4接地系統

PLC控制系統在工作過程中需要進行良好地接地，進而能夠對電磁干擾起到有效的抑制作用，而且還能避免系統設備向外發出干擾信號。如果PLC控制系統沒有進行正確地接地或者接地系統出現故障，就會導致系統出現嚴重的干擾信號，造成PLC控制系統指令無法得到有效傳輸。PLC接地系統中的地線主要包括系統地、屏蔽地、交流地以及保護地等，各個部分起到不同的保護作用。當接地系統發生故障后，就會導致PLC不同接地點的電位分布不均，進而在不同接地點之間形成一定的電位差，從而形成地環路電流，這會導致PLC控制系統內的電流紊亂，影響其正常工作。此外，PLC控制系統受到變化磁場的影響后，其內部的屏蔽層也會出現一定大小的感應電流，再通過屏蔽層與芯線之間耦合形成的回路，就會對PLC控制系統的正常工作造成不利影響。

2.5PLC系統內部的干擾

在PLC控制系統的工作過程中，當內部的元器件和電路所形成的電磁輻射超過正常工作允許的最大數值后，就會在內部對PLC的正常工作造成不利影響，這往往是由系統內部的電磁兼容設計不合理造成的。例如，PLC控制系統中的邏輯電路之間會進行相互輻射，對模擬電路造成不利影響，模擬地與邏輯地之間的相互影響和使用的元器件之間無法進行有效匹配，這都會給PLC控制系統帶來系統內部的干擾。

3PLC的抗干擾措施

3.1抗干擾的硬件措施

（1）電源的應對措施。電源的進線采用屏蔽線，在條件允許的情況下，加設隔離變壓器和整流濾波裝置。

（2）輸出端的應對措施。對于強電場所，可以增設相應的小型繼電器線圈，再將繼電器觸點與PLC的輸出端進行有效連接。

（3）安裝布線的應對措施。確保PLC與能夠產生高次諧波設備之間的距離不小于200mm，PLC的信號線與伺服驅動器、步進驅動器以及變頻器等的動力線之間的距離不小于300mm。

3.2抗干擾的軟件措施

（1）改變濾波時間常數。通過改變數據寄存器中的數值和對REFF輸入相應的刷新指令（帶濾波器設定），進而能夠改變濾波時間和避免大部分的干擾。但是，采用該種方法會增加輸入端信號為ON的時間，進而會對實時控制帶來一定的影響。

（2）選擇合適的輸入端。當PLC采用高速計數后，其輸入端X0～X7的輸入濾波器的濾波時間將會自動調整。當干擾脈沖的寬度很窄，而輸入脈沖的頻率也較低時，可以選擇X2～X7作為輸入端，能有效避免干擾。

（3）軟件延時。由于改變濾波時間常數的方法適用范圍有限，對于干擾信號ON閉合時間超過60ms的情況則無能為力。因此，可以在程序中加入相應的延時軟件，通過時間繼電器延遲一段時間再將其驅動輸出，具體措施如圖1所示。

結束語

總而言之，PLC控制系統具有非常優良的控制性能，被廣泛應用于工業生產過程中，促進了工作效率的不斷提高。但由于其工作環境較為惡劣，存在諸多干擾源，會對其正常工作造成不利影響。通過對PLC控制系統運行過程中的干擾類型和干擾源進行深入地分析研究，為制定科學合理的改善措施提供可靠的資料支持。

參考文獻

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