PLC控制系統干擾及抗干擾措施

孟靜

[摘 ? ?要 ]目前，PLC系統作為工業領域中主流的電氣設備，在實際建設過程中發揮出不可替代的效用，并且也推動了工業生產的快速前行，一定程度上為國內經濟發展奠定良好基礎，也帶動著社會生產水平的提升，受到各個領域的廣泛關注。但從實際來看，PLC系統運行過程中常常會出現異常，導致效率和可靠性無法滿足預期要求，增加電力生產的成本投入。針對這一問題，本文結合PLC系統的主要特點進行分析，主要論述PLC運行過程中的抗干擾技術，期望為PLC系統的發展提供建設性意見。

[關鍵詞]PLC;控制系統;干擾類型;抗干擾措施

[中圖分類號]TP273 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）07–00–03

[Abstract]As the mainstream electrical equipment in the current industrial field， PLC system exerts an irreplaceable effect in the actual construction process， and also promotes the rapid advancement of industrial production， laying a good foundation for domestic economic development to a certain extent， and also driving With the improvement of social production level， it has received extensive attention in various fields. However， from a practical point of view， abnormalities often occur during the operation of the PLC system， which causes the efficiency and reliability to fail to meet the expected requirements， and increases the cost of power production. In view of this problem， the main characteristics of the PLC system are combined to analyze， mainly discuss the anti-interference technology in the PLC operation process， and hope to provide constructive suggestions for the development of the PLC system.

[Keywords]PLC; control system; interference type; anti-interference measures

PLC系統逐步在電力生產和工業領域中發揮出自身作用，不單單提升自動化性能，還進一步擴展了生產模式，確保效率和質量達到要求，也受到工業領域的一致好評。但從實際運行來說，不難發現PLC系統會受到諸多外界干擾，一旦無法有效解決和優化，就會引起系統異常，甚至出現系統崩潰等問題，增加了PLC系統的運行風險。因此，改進PLC系統的抗干擾性能就顯得十分關鍵。本文就從PLC系統的特點著手分析，重點論述影響運行的干擾模式，針對不同干擾提出相應的解決方案。

1 PLC控制系統的簡單概述

1.1 概念

PLC系統也就是常說的可編程控制器，一般來說核心結構為可編程的存儲設備，主要應用在程序控制、邏輯運算、時鐘計數等方面，通過用戶發出的控制指令，經由精確的模數轉換后對機械裝置進行操作控制。

1.2 作用

（1）PLC系統的逐步應用優化了原有繼電體系中大規模使用繼電設備的情況，減輕設計負擔和裝設任務量。

（2）PLC系統以及外接模塊出現運行異常后，能夠依照PLC搭載的二極管組件和編程器報告快速準確的判定問題原因，通過模塊調整的方式解決異常。

（3）PLC系統能夠有效抵御外部干擾，可長期穩定運行在無故障狀態，常常被應用于干擾強烈的工業生產環境中。

2 PLC控制系統的應用優勢

PLC系統功能類型多樣，外擴組件完善，能夠適應不同生產環境，穩定度高且功耗較低，具體優勢如下：

（1）功能類型多樣，即使一臺小型PLC設備也可以集成數千個可編程模塊，功能多樣，能夠滿足不同控制需求。

（2）外擴組件完善，能夠適應不同生產環境：目前PLC設備已經實現了標準化生產，也為用戶提供多樣化的外擴模塊。系統自身負載性能較強，能夠直接驅動組件運行。

（3）穩定度高：PLC系統內配備有良好的抗干擾模塊，能夠運行在惡劣的工業生產環境之中。

（4）系統集成度高，功耗較低：由于PLC系統線路連接簡便，因此可以減少附件使用，降低成本投入。

3 PLC控制系統的干擾類型

3.1 系統內部導致的干擾

因為自身搭載組件不兼容或存在技術缺陷，致使PLC系統內部運行異常，實際控制中會由于各項因素引起強烈的電磁輻射，一旦輻射超過標準范圍就會影響系統的正常工作。

3.2 電源及外接線導致的干擾

系統內部出現的電磁輻射以及模塊不兼容等問題，均是引起異常的干擾源，致使性能無法滿足要求。

3.3 空間輻射導致的干擾

PLC系統實際運行需要嚴格的外部條件，一旦無法滿足要求就會出現異常問題，甚至引發系統崩潰。

4 PLC控制系統的抗干擾措施

4.1 提高PLC控制系統的硬件抗干擾能力

（1）良好的抵抗干擾能力是產品最重要的一點，這就要求產品具備良好的電磁兼容性，但核心還是抵抗外部干擾的性能。

（2）期望共模干擾控制在合理范圍內，要求PLC系統獲取到信號以前保證信號和地面的聯通。

（3）降低差模干擾影響，在信號傳輸過程中增設濾波裝置，但該方案需要依照差異化的生產環境進行調整。

（4）從國內發展來看，不管是電網阻值過高還是地電位波動較大，均導致工業領域的生產環境中存在嚴重的電磁干擾，這就給系統帶來較大的挑戰，可以說國外能夠穩定工作的PLC系統引入國內后均可能出現異常問題，所以需要結合國內標準來選用進口裝置。

4.2 提高PLC控制系統的軟件抗干擾能力

（1）利用“看門狗”方法。實時監測系統工況應當融入到初期程序設計環節，可以利用看門狗技術測定系統穩定性，例如說，當PLC操作組件時，將程序視為定時裝置，結合具體情況確定開關動作，可以有效測定組件的工作狀態。在設定定時器參數時，需要參考組件的可能性確定周期，一旦組件跳轉到工作狀態，就要同時開啟看門狗，若組件達到預先設定區間且“看門狗”順利完成指令并將定時器復位，就證明監控系統正常。

（2）當系統長期運行在不穩定環境之中，系統的開關模塊可能會由于震蕩出現誤操作。一般來講，震蕩出現的周期較短，對此可以建立起相應的延時方案，待震蕩消除后發送信號。

（3）采用軟件進行數字濾波的模式可以顯著優化信噪比，相較于抗干擾不穩定的系統來說，普遍選用程序控制的方式，基于具體需求進行樣本提取，計算平均參數。整個過程中一旦樣本超過前期幅值就要舍去，此后基于其他參數來計算當前數據。

4.3 提高PLC控制系統的接地抗干擾能力

（1）加強系統的接地質量，該優化能夠顯著提高系統穩定性，也可以消除電磁干擾，是目前PLC系統中主流的優化措施。

（2）將各個設備的信號交換頻率控制在標準范圍內，確保信號線路和輸入設備間的獨立性。

（3）一旦選用集中模式的控制系統，就需要采用并聯一點的接地方案，如果設備間距超出標準范圍，要重新調整為串聯模式。

（4）根據標準來看，接地阻止要低于2Ω，且同建筑物的間距至少15m。

4.4 提高PLC控制系統的電源抗干擾能力

（1）PLC系統中通常選用隔離電源作為功能模塊，但由于隔離電源自身特點以及技術落后，實際效果難以滿足預期。基于此，進行PLC系統設計時，要更改為隔離變壓器供能，在各個繞組間增設屏蔽層，保證接地穩定，由此能夠有效抵抗外部干擾。

（2）采用濾波設備降低干擾，濾波裝置自身抗干擾性能突出，此外，還能夠作為中轉站交互干擾信號。一般來說，對于干擾較大的環境，會采用隔離變壓器和濾波設備組合的設計模式，在選型時還要依照對應的標準數據。

（3）對于變送器和其他外接電氣組件的供能，要控制好電容值，選擇隔離效果達標的設備，消除信號干擾。

（4）針對部分重要等級較高的系統來說，需要確保電網運行的連續性，因此要利用好不間斷電源保證持續供能。

4.5 提高PLC控制系統的輻射抗干擾能力

（1）對于PLC系統的內部結構來說，可以利用電路感應消除干擾。

（2）提高系統的網絡覆蓋區域，以此來提升抗干擾能力。這是由于輻射大小同生產環境密切相關，對應的電磁場也不盡相同。

因此，可以選用屏蔽線路來對系統進行保護，尤其是在雷電影響較大的現場。

縱觀當前工業領域的發展，不難發現PLC系統的地位不斷提升，所以系統的穩定性也成為了主要的研究方向。因為系統常常設置在強電系統周邊，電磁干擾較為嚴重，所以怎樣消除干擾影響已然是擺在PLC系統面前不可忽視的難題，這也成為可靠性是否達標的關鍵所在。

（3）當干擾源經由不同途徑作用到PLC系統之上，就會產生負面影響，實際中的干擾類型較多，可以分成內部和外部兩個方面。內部干擾大多是系統自身組件存在噪聲以及擺放不合理造成的，通過下述方式可以消除：

①為供能模塊加設隔離變壓裝置或直接采用UPS提供電能;

②盡可能采用抗干擾能力較強的組件，減少相互影響;

③確保線路連接的標準。PLC系統在實際運行過程中會受到嚴重的外界干擾，通常有以下兩個方面：靜態電磁輻射和電氣干擾。

其中電磁輻射是由于生產環境中的電磁場出現靜電感應現象，本質上是因為分布的電磁場同環境中的導體相互作用后帶動電荷移動，主要干擾源為靜電場和雷達等輻射較大的設備。通常可以利用隔離變壓裝置和屏蔽線路進行系統優化。

（4）電氣干擾是由線路連接所引起的，不管是電源線路還是信號線路均會引起PLC系統出現傳導干擾。

①從實際運行來說，PLC系統中的監控模塊和輸出對象均散布在生產環境的不同區域，各個信號都需要經由線路傳送到系統的控制部分，如果交互通道所處的環境中電氣設備頻繁啟停，線路間就會出現輻射，進而影響系統運行。一般來說，該類干擾大多存在于兩個輸入模塊以上的系統之中。

②PLC系統配備有不同的接地位置，且相互之間存在電位差值，一旦遭遇雷擊等情況，地環電流會迅速增大。

5 傳導干擾的抑制技術

傳導干擾作為生產環境中最核心且影響最大的干擾模式，需要有效控制，這就要求從初期設計、裝設調試以及運行維護等環節進行優化，或是切斷傳播路徑來降低干擾，通常會從線路鋪設方案和電纜選型兩個方面著手分析。

5.1 正確選擇和敷設電纜

5.1.1 電纜選擇

設計PLC系統的線路方案時，期望控制好磁場干擾，一般會利用屏蔽線和雙絞線進行優化，并采用特殊光纜降低傳導影響。

5.1.2 PLC柜內外的電纜敷設

實際鋪設電纜線路的過程中，需要考慮相互之間的影響，合理布置線路才可以滿足預期目標，特別是對于變頻設備來說，由于輻射影響較為明顯，要將連接的電纜線路分類鋪設在不同位置，并控制好間距大小。如果必須將信號線路和動力電纜鋪設在相同位置時，就需要借助金屬板進行隔離，防止影響擴大。

5.2 工業控制系統中，設計接地措施的意義

5.2.1 提高安全性

5.2.2 降低干擾影響

實際運行過程中，常常將保護線路和屏蔽線路放置在同一柜內，并經由接地電纜和系統控制地聯通。

①控制地（0V）可浮空

設計的PLC系統中通常大多選用浮空接地模式，也就是0V不接地設計，主要優勢在于防止由電焊設備工作時產生的電流造成干擾，保證組塊的穩定運行。但不足之處在于0V信號會出現明顯的電位差，影響正常工作。

②控制地（0V）與PE地共用

部分PLC系統選用控制地和PE地共存的模式，該方案無需配置0V接地，成本投入較少，其0V信號能夠輸送到PE箱內，防止出現感應干擾。但該模式難以消除實際環境中原有的電流干擾，甚至會出現PLC系統損壞的問題，一旦浪涌電流控制不當就會燒壞組塊。

③控制地（0V）與PE地分別接地

將控制地和PE進行分離的設計模式主要是在PLC系統中加設獨立的接地線路，同工廠直接交互。

該模式不僅可以消除生產環境中的電流影響，還能完成0V信號的等電位聯通，其抗干擾能力較強，但由于組件較多，難以控制成本投入。

④不同信號線路的屏蔽電纜均需要有效連接在PE接地端，結合具體情況，為電氣控制系統和生產環境配備接地端子柜，依照預期的線路設計方案，在接地箱內進行整合。

從實際工業生產環境來看，導致PLC無法穩定運行的干擾類型較多，同時抵抗干擾的方式也不盡相同。本文主要針對目前系統中主要的線路干擾，即傳導干擾展開論述，綜合長期積累的工程經驗對線路設計和接地方案進行改進，為PLC系統的抗干擾優化提出寶貴意見，顯著提升了PLC系統實際運行的穩定度。

6 結束語

綜上所述，科學技術的進步是以經濟為基礎，同時經濟水平的提升也要依賴于科學技術的前行，所以各個領域都要以科技能力提升和經濟發展為目標。電氣領域首當其沖，由于實際生產過程中會選用諸多先進技術和電力裝置，而PLC系統就是其中不可缺少的一部分。但從實際運行情況中不難發現，PLC系統因為自身組件不兼容以及外部干擾嚴重，導致運行常常出現異常情況，所以要針對PLC系統的干擾進行深入研究，做好抗干擾措施，為工業生產奠定良好基礎。

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