趙斌

摘要 對(duì)PLC控制系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中常見的干擾類型進(jìn)行了分析，針對(duì)不同的干擾，提出了相應(yīng)的抗干擾措施。

關(guān)鍵詞 PLC 干擾 措施

可編程控制器（PLC）在實(shí)際應(yīng)用中，南于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，常常受到很大的電磁干擾。其混入到輸入模塊的干擾或感應(yīng)電壓，容易引起錯(cuò)誤的輸入信號(hào)，使得程序運(yùn)算出錯(cuò)誤的結(jié)果，導(dǎo)致輸出模塊錯(cuò)誤的輸出信號(hào)。為了使PLC安全可靠的工作，因此在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要采取一些有效的抗干擾措施來提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾性能力，提出以下解決措施和方法。

一、抗電源干擾的措施

南電源引入的干擾在現(xiàn)場(chǎng)較為常見?？刂葡到y(tǒng)一般南電網(wǎng)的低壓電源供電，電網(wǎng)的波動(dòng)、大功率用電設(shè)備啟停、變頻器及高壓設(shè)備的啟停引起的諧波等，均都通過輸電線路傳到電源的一次端。抑制電源干擾一般可采取如下措施：

（1）PLC電源通常采用隔離變壓器。即在PLC電源輸入端使用隔離變壓器，注意其初級(jí)繞組和次級(jí)繞組分別加屏蔽層，并將屏蔽層可靠接地，對(duì)抑制電網(wǎng)干擾信號(hào)有較好效果。同時(shí)，二次側(cè)接線使用雙絞線，能有效減少電源線間干擾。

（2）使用濾波器。濾波器在一定頻率范圍內(nèi)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，同時(shí)可防止將設(shè)備本身的干擾傳導(dǎo)給電源。在干擾嚴(yán)重場(chǎng)合，常常同時(shí)使用隔離變壓器和濾波器。通常較好的方法是既使用濾波器同時(shí)也使用隔離變壓器，此時(shí)應(yīng)先接人濾波器再接隔離變壓器。

（3）采用分離供電方式。將CPU、I/0模塊及儀表變送器等分別由各自的具有隔離功能的直流電源供電，并與主回路電源分開。。

（4）在重要的PLc控制系統(tǒng)中，應(yīng)配置在線UPS供電，UPS供電既可提高電源的供電可靠性，同時(shí)具有較強(qiáng)的隔離性能。

二、防1/0模塊干擾的措施

1.從抗干擾角度選擇I/O模塊。I/O模塊的選擇主要要考慮以下因素：輸入輸出信號(hào)與內(nèi)部回路隔離的模塊比非隔離的模塊抗干擾的性能好；晶體管型的無觸點(diǎn)輸出的模塊比有觸點(diǎn)輸出的模塊在CPU側(cè)的干擾??；輸入模塊允許的輸入信號(hào)ON-OFF電壓差大，抗干擾性能好；輸入信號(hào)響應(yīng)時(shí)間慢的輸入模塊抗干擾的性能好。

2.防輸入信號(hào)干擾的措施。由信號(hào)線引入的干擾會(huì)引起I/0信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)將I/O模塊損壞，造成系統(tǒng)故障。抑制信號(hào)線引人的干擾可采取如下措施：（1）輸入設(shè)備的輸入信號(hào)的線間干擾f差模干擾）用輸入模塊的濾波可以使其衰減，而輸入信號(hào)線與大地間的共模干擾在PLC內(nèi)部回路產(chǎn)生較大的電位差，是引起PLC誤動(dòng)作的主要原因。為了抗共模干擾，控制器須采取良好的接地加以抑制。

（2）在輸入端有感性負(fù)載時(shí)，為了防止反沖擊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)損壞模塊，對(duì)交流輸入信號(hào)，可在負(fù)載兩端并聯(lián)電容C和電阻R，對(duì)直流輸入信號(hào)，可并聯(lián)續(xù)流二極管v。見圖l。

交流輸入方式時(shí)，其中R、G的選擇要適當(dāng)才能起到較好的效果。一般：負(fù)載容量小于10VA時(shí)，R可選120歐姆，C可選0.1微法；負(fù)載容量在10VA以上時(shí)，宜選47歐姆，c宜選0.47微法。

（3）抑制輸入感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：南于輸入信號(hào)線間、輸入信號(hào)線和其他線之間存在寄生電容，通過電耦合會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電壓的存在也是干擾信號(hào)的一個(gè)重要原因。為抑制感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，一般采用下面的三種措施：①一般盡量采用直流輸入，在感應(yīng)電壓大的場(chǎng)合改交流輸入為直流輸入。②對(duì)于交流輸入，可在輸入端并聯(lián)浪涌吸收器。③如配線距離長、電流大，感應(yīng)電壓大，可用繼電器加以轉(zhuǎn)換。

3.防輸出信號(hào)干擾的措施。輸出信號(hào)干擾的產(chǎn)生：感性負(fù)載場(chǎng)合，輸出信號(hào)南“OFF”變?yōu)椤監(jiān)N”時(shí)產(chǎn)生突變的電流；由“ON”變?yōu)椤監(jiān)FF”時(shí)產(chǎn)生反向的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；此外電磁接觸器等接點(diǎn)也會(huì)產(chǎn)生電弧。

PLC系統(tǒng)的開關(guān)量輸出模塊有繼電器、晶體管、晶閘管3種輸出形式，防止輸出信號(hào)干擾的措施具體選擇要根據(jù)負(fù)載要求來決定有以下幾條：（1）如對(duì)于交流感性負(fù)載，在開關(guān)時(shí)產(chǎn)生干擾較大的場(chǎng)合，可使用雙向晶閘管輸出模塊。（2）對(duì)于直流感性負(fù)載，通常是在線圈兩端并聯(lián)二極管V，二極管應(yīng)盡可能靠近負(fù)載，其反向耐壓應(yīng)是負(fù)載電壓的4倍以上。（3）對(duì)于交流感性負(fù)載，應(yīng)在線圈兩端并聯(lián)RC浪涌吸收器，且RC愈靠近負(fù)載，抗干擾效果愈好。具體見圖2。（4）交流接觸器的觸點(diǎn)閉、斷產(chǎn)生的電弧干擾可在觸點(diǎn)兩端連接RC浪涌吸收器。

圖2 感性負(fù)載時(shí)輸出端抗干擾措施

從防止輸出干擾的角度選擇輸出模塊掌握在有干擾的場(chǎng)合盡量選用裝有浪涌吸收器的模塊。

4.防止外部接線干擾的措施。（1）集成電路或晶體管設(shè)備的輸入信號(hào)線，應(yīng)選用屏蔽電纜傳輸；模擬量信號(hào)是連續(xù)變化的信號(hào)，容易受干擾，須選用屏蔽電纜。（2）當(dāng)模擬量信號(hào)離PLC距離較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)盡量采用4mA～20mA電流傳輸方式；屏蔽電纜的屏蔽線處理須注意在輸入/輸出側(cè)懸空，在PLC側(cè)接地。（3）PLC通信電纜須選擇PLC生產(chǎn)原廠家提供或推薦的專用電纜。（4）交流輸入、輸出信號(hào)與直流輸入、輸出應(yīng)分別使用各自的電纜；（5）PLC的輸入、輸出線要與動(dòng)力線分開。（6）300m以上的長距離場(chǎng)合需考慮使用中繼轉(zhuǎn)接或采用遠(yuǎn)程I/O站就近接人。（7）變頻器到電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力電纜必須要遠(yuǎn)離信號(hào)電纜。在變頻器到電動(dòng)機(jī)之問須增加交流電抗器，電抗器盡量和變頻器在同一柜中。（8）PLC的接地線須與電源線或動(dòng)力線分開。

三、接地系統(tǒng)引入的干擾

良好的接地可抑制內(nèi)部噪聲耦合，防止外部干擾侵入引起的誤動(dòng)作，也可防止漏電流產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。采用單端接地和兩端接地的方法是PLC控制系統(tǒng)抗干擾的有效手段之一。

（1）單端接地可以有效地避開地環(huán)路電流的干擾，此種方式最好。以屏蔽線的接地為例加以分析。其中Es為信號(hào)源，Rs為信號(hào)源內(nèi)阻，RL為負(fù)載電阻。見圖3。

單端接地時(shí)，假設(shè)信號(hào)電流i1從芯線流人屏蔽線，流過負(fù)載電阻RL之后，再通過屏蔽層返回信號(hào)源。因i1與i2大小相等方向相反，故產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾相互抵消，抑制磁場(chǎng)干擾同時(shí)抵制磁場(chǎng)耦合干擾。也可采用兩端接地時(shí)，南于屏蔽層上流過的電流是i2與地環(huán)電流iG的疊加，抑制磁場(chǎng)耦合干擾的能力也比單端接地差。

（2）接地線應(yīng)盡量避開強(qiáng)電回路和主回路的電纜，不能避開時(shí)應(yīng)垂直相交，接地線應(yīng)盡量粗不能小于2.5mm2。

（3）接地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近控制器，一般接地點(diǎn)與控制器的距離不大于50m。

四、軟件抗干擾

硬件抗干擾措施是盡可能阻止干擾進(jìn)入控制系統(tǒng)，但無法將干擾完全消除，對(duì)于模擬量信號(hào)常因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)的瞬時(shí)干擾產(chǎn)生較大的波動(dòng)，使得PLC采集的信號(hào)不真實(shí)。在信號(hào)的采集過程中，可以采用軟件濾波的抗干擾措施來進(jìn)一步消除信號(hào)的隨機(jī)誤差。

常用數(shù)字濾波方法是慣性濾波法、平均值濾波法、加權(quán)平均值濾波法。

五、結(jié)束語

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，各類干擾的存在是不可避免的，應(yīng)綜合考慮以上所列的各種因素，按照現(xiàn)場(chǎng)的具體情況合理選擇有效的措施來抑制干擾，從而確保PLC控制系統(tǒng)安全可靠工作。