淺析PLC抗干擾的措施

PLC（可編程序控制器）是以微處理器為核心，綜合了計算機技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置。具有控制功能強，可靠性高，使用靈活方便，易于擴展等優(yōu)點(diǎn)而應用越來(lái)越廣泛。在冶金、交通、化工、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應用，被成為現代工業(yè)技術(shù)的三大支柱之一。

高可靠性是電氣控制設備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現代大規模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。故障也就大大降低。盡管PLC在設計制造時(shí)已采取了很多措施，使它對工業(yè)環(huán)境比較適應，但是為了確保整個(gè)系統穩定可靠，還是應當盡量使PLC有良好的工作環(huán)境條件，并采取必要的抗干擾措施。

1PLC控制系統干擾的主要來(lái)源及途徑

1.1電源的干擾。PLC系統控制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，空間的輻射電磁場(chǎng)（EMI）主要是由電力網(wǎng)絡(luò )、電氣設備的暫態(tài)過(guò)程、雷電、無(wú)線(xiàn)電廣播、電視、雷達等產(chǎn)生的，通常稱(chēng)為輻射干擾，若PLC系統置于所射頻場(chǎng)內，就會(huì )收到輻射干擾，而在線(xiàn)路上感應電壓。尤其是電網(wǎng)內部的變化，刀開(kāi)關(guān)操作浪涌、大型電力設備起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過(guò)輸電線(xiàn)路傳到電源原邊?？赡茉斐沙绦蝈e誤或運算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會(huì )造成設備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證PLC的正常運行。

1.2信號線(xiàn)引入的干擾。與PLC控制系統連接的各類(lèi)信號傳輸線(xiàn)，除了傳輸有效的各類(lèi)信號之外，總會(huì )有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過(guò)變送器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(xiàn)受空間電磁輻射感應的干擾，由此引起系統故障的情況也很多。

1.3接地系統的干擾。接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，反而會(huì )引入嚴重的干擾信號，使PLC系統將無(wú)法正常工作。

1.4變頻器干擾。一是變頻器啟動(dòng)及運行過(guò)程中產(chǎn)生諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生傳導干擾，引起電網(wǎng)電壓畸變，影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量；二是變頻器的輸出會(huì )產(chǎn)生較強的電磁輻射干擾，影響周邊設備的正常工作。

2抗干擾的措施

2.1電源干擾的抑制。一般通過(guò)設置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護。選用隔離性能較好的設備、選用優(yōu)良的電源、動(dòng)力線(xiàn)和信號線(xiàn)走線(xiàn)要更加合理等等，對電源變壓器、中央處理器、編程器等主要部件，采用導電、導磁性良好的材料進(jìn)行屏蔽處理，以防止外界干擾信號的影響。電源調整與保護:電源波動(dòng)造成電壓畸變或毛刺，將對PLC及I/O模塊產(chǎn)生不良影響。對微處理器核心部件所需要的＋5V電源采用多級濾波處理，并用集成電壓調整器進(jìn)行調整，以適應交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過(guò)電壓、欠電壓的影響。盡量時(shí)電源線(xiàn)平行走線(xiàn)，時(shí)電源線(xiàn)對地呈低阻抗，以減少電源噪聲干擾。其屏蔽層接地方式不同，對干擾抑制效果不一樣，一般次級線(xiàn)圈不能接地。輸入、輸出線(xiàn)應用雙絞線(xiàn)且屏蔽層應可靠接地，以抑制共摸干擾。此外可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為1：1的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾，還可以在電源輸入端串接LC濾波電路等。

2.2信號線(xiàn)引入的防干擾措施。動(dòng)力線(xiàn)、控制線(xiàn)以及PLC的電源線(xiàn)和I/O線(xiàn)應分別配線(xiàn)，隔離變壓器與PLC和I/O之間應采用雙絞線(xiàn)連接。將PLC的I/O線(xiàn)和大功率線(xiàn)分開(kāi)走線(xiàn)，如必須在同一線(xiàn)槽內，分開(kāi)捆扎交流線(xiàn)、直流線(xiàn)，若條件允許，分槽走線(xiàn)最好，這不僅能使其有盡可能大的空間距離，并能將干擾降到最低限度。此外利用信號隔離器解決干擾問(wèn)題也是很理想的辦法，其原理是首先將PLC接收的信號，通過(guò)半導體器件調制變換，然后通過(guò)光感或磁感器件進(jìn)行隔離轉換，然后再進(jìn)行解調變換回隔離前原信號或不同信號，同時(shí)對隔離后信號的供電電源進(jìn)行隔離處理。保證變換后的信號、電源、地之間絕對獨立。只要在有干擾的地方，輸入端和輸出端中間加上這種隔離器，就可有效解決干擾問(wèn)題。

2.3 正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統。良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。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。在PLC控制系統中，具有多種形式的“接地”，主要有：
（1）信號地。輸入端信號元件的地；
（2）交流地。交流供電電源的N線(xiàn)；
（3）屏蔽地。為防止靜電和磁場(chǎng)感應而設置的外殼或金屬絲網(wǎng)，通過(guò)專(zhuān)門(mén)的銅導線(xiàn)將其接入地下；
（4）保護地。將機器設備的外殼或設備內獨立器件的外殼接地，用于保護人身安全和防止設備漏電。
為了抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾，應對PLC系統進(jìn)行良好的接地。一般情況下，接地方式與信號頻率有關(guān)，當頻率低于1MHz時(shí)，可用一點(diǎn)接地；高于10MHz時(shí)，采用多點(diǎn)接地；在1～10MH之間時(shí)，通常情況下，PLC控制系統采用一點(diǎn)接地，將所有地線(xiàn)端子和最近接地點(diǎn)相連接，以獲得最好的抗干擾能力。接地線(xiàn)截面積不能小于2mm2，接地電阻不能大于100Ω，接地線(xiàn)使用專(zhuān)用地線(xiàn)。

2.4變頻器干擾的抑制。
（1）加隔離變壓器，主要是針對來(lái)自電源的傳導干擾，可以將絕大部分的傳導干擾阻隔在隔離變壓器之前。
（2）使用濾波器，濾波器具有較強的抗干擾能力，還具有防止將設備本身的干擾傳導給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。
（3）使用輸出電抗器，在變頻器到電動(dòng)機之間增加交流電抗器主要是減少變頻器輸出在能量傳輸過(guò)程中線(xiàn)路產(chǎn)生電磁輻射，影響其它設備正常。

3結論

PLC控制系統中的干擾是一個(gè)十分復雜的問(wèn)題，因此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，才能夠使PLC控制系統正常工作。隨著(zhù)PLC應用領(lǐng)域的不斷拓寬，如何高效可靠的使用PLC也成為其發(fā)展的重要因素。在不久的將來(lái)，PLC會(huì )有更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會(huì )更豐富、規格更齊全，通過(guò)完美的人機界面、完備的通信設備會(huì )更好地適應各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求，PLC作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò )和國際通用網(wǎng)絡(luò )的重要組成部分，將在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。