劉泰山

（中國華電工程（集團）有限公司，北京 100048）

1 概述

要提高PLC的可靠性，一方面要求PLC制造商提高設備的抗干擾能力，另一方面要求工程設計、安裝施工和使用維護中引起高度重視多方配合有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能。

2 電磁干擾源及其對系統(tǒng)的影響

2.1 干擾源及干擾的一般分類

影響PLC系統(tǒng)的干擾源大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即干擾源。按噪聲產(chǎn)生的原因分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等；按噪聲干擾模式分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號對地的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態(tài)（同方向）電壓迭加所形成。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模干擾所形成的電壓。

2.2 PLC系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源

2.2.1 來自系統(tǒng)內部的干擾

主要由系統(tǒng)內部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，這都屬于PLC制造商對系統(tǒng)內部進行電磁兼容設計的內容比較復雜，作為使用部門可不必過多考慮，但要選擇有較多工程使用業(yè)績且成熟系統(tǒng)。

2.2.2 來自系統(tǒng)外引線的干擾

主要通過信號和電源線引入，通常稱為傳導干擾。

（1）來自信號線的干擾。與PLC連接的各類信號線除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑:一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾。由信號線引入的干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動作和死機。PLC因信號線引入的干擾造成I/O模塊損壞數(shù)相當嚴重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。

（2）來自電源線的干擾。PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓和電流。尤其是電網(wǎng)內部的變化，大型電力設備起停、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊、交直流傳動裝置引起的諧波等都通過輸電線路傳到電源原邊。PLC電源通常采用隔離電源，但由于其機構及制造工藝等因素使其隔離性并不理想，再加上分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。

（3）來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾。接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。良好的接地既能抑制電磁干擾的影響又能抑制設備向外發(fā)出干擾；反之會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)無法正常工作。PLC系統(tǒng)的接地包括交流接地、屏蔽接地、系統(tǒng)接地和保護接地等。接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果兩端接地則存在地電位差有電流流過屏蔽層，當發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時，地線電流將更大。

此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內會出現(xiàn)感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。

2.2.3 來自空間的輻射干擾

空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電氣設備、電力網(wǎng)絡的暫態(tài)過程、無線電廣播、雷電、雷達、電視和高頻感應加熱設備等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾。其影響主要通過兩條路徑:一是直接對PLC內部的輻射，由電路感應產(chǎn)生干擾；二是對PLC通信網(wǎng)絡的輻射，由通信線路的感應引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設備布置及設備所產(chǎn)生的電磁場大小，特別是頻率有關，一般通過設置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。

3 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設計

為保證PLC在工業(yè)電磁環(huán)境中免受或減少內外電磁干擾，須在設計階段采取三個方面抑制措施:一是抑制干擾源；二是切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑；三是提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力。PLC系統(tǒng)的抗干擾是一個系統(tǒng)工程，不僅要求制造商設計生產(chǎn)出具有較強抗干擾能力的產(chǎn)品，且有賴于使用部門在工程設計、安裝施工和運行維護中予以全面考慮，并結合具體情況進行綜合設計，才能保證系統(tǒng)的電磁兼容性和運行可靠性。具體工程的抗干擾設計主要分為以下兩個方面。

3.1 綜合抗干擾設計

主要考慮來自系統(tǒng)外部的幾種有效抑制措施。主要包括:對PLC系統(tǒng)及外部引線進行屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對外部引線進行隔離、濾波，特別是動力電纜，分層布置，以防通過外部引線引入傳導電磁干擾；正確設計接地點和接地裝置，完善接地系統(tǒng)。另外還必須利用軟件手段，進一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。

3.2 設備選型

在選擇設備時，首先要選擇有較高抗干擾能力的產(chǎn)品，包括電磁兼容性（EMC）、外部抗干擾能力等，如采用浮地技術、隔離性能好的PLC系統(tǒng)；其次了解制造商提供的抗干擾指標，如共模擬制比、差模擬制比、耐壓能力、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環(huán)境中工作；另外考查其在類似工作中的應用實績。

4 主要抗干擾措施

4.1 正確選擇接地點完善接地系統(tǒng)

接地的目的一是為了安全，二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC抗電磁干擾的重要措施之一。PLC屬高速低電平控制裝置，應采用直接接地方式。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低于1MHz，所以PLC控制系統(tǒng)接地線采用一點接地和串聯(lián)一點接地方式。集中布置的PLC系統(tǒng)適于并聯(lián)一點接地方式，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應采用串聯(lián)一點接地方式。

4.2 電纜選擇的敖設

為了減少動力電纜輻射電磁干擾，尤其是變頻裝置饋電電纜須采用鎧裝屏蔽電力電纜，以降低電磁干擾。不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應按傳輸信號種類分層敖設，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敖設，以減少電磁干擾。

4.3 硬件濾波及軟件抗如果措施

信號在接入計算機前，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。由于電磁干擾的復雜性在PLC的軟件設計和組態(tài)時進行抗干擾處理，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。如數(shù)字濾波和工頻整形采樣，可有效消除周期性干擾；定時校正參考點電位，并采用動態(tài)零點，可有效防止電位漂移；采用信息冗余技術，設計相應的軟件標志位；采用間接跳轉，設置軟件陷阱等提高軟件結構可靠性。

4.4 采用性能優(yōu)良的電源抑制電網(wǎng)引入的干擾

電網(wǎng)干擾串入PLC系統(tǒng)主要通過PLC系統(tǒng)的供電電源、變送器供電電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入的。現(xiàn)在PLC供電電源一般都采用隔離性能較好電源，而對于變送器供電的電源和PLC系統(tǒng)有直接電氣連接的儀表的供電電源雖然采取了一定的隔離措施，但普遍還不夠，主要是使用的隔離變壓器分布參數(shù)大，抑制干擾能力差，經(jīng)電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。因此，對于變送器和共用信號儀表供電應選擇分布電容小、抑制帶大的配電器，以減少PLC系統(tǒng)的干擾。此外，應保證電網(wǎng)饋點不中斷，可采用在線式不間斷供電電源（UPS）供電，提高供電的安全可靠性。并且UPS還具有較強的干擾隔離性能，是一種PLC控制系統(tǒng)的理想電源。

5 結束語

PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個十分復雜的問題，在抗干擾設計中應綜合考慮各方面的因素合理有效地抑制抗干擾，對有些干擾情況還需具體問題具體分析，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。

[1]鄧則名.電器與可編程控制器應用技術[J]，2002年出版.

[2]汪道輝.邏輯與可編程控制系統(tǒng)[J]，1998.

[3]建筑物防雷設計規(guī)范（GB 50057-94）（2000版）.

[4]電子計算機場地通用規(guī)范（GB/T2887-2000）.