PLC可編程序控制器系統的抗干擾及措施

　　可編程控制器（以下稱(chēng)PLC）是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制的設備。盡管其制造廠(chǎng)采取了一些措施，使得它的可靠性較高，但還有許多外部因素也會(huì )使它產(chǎn)生干擾，造成程序誤變或運算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入井引起誤輸出，這將會(huì )造成設備的失控和誤動(dòng)作。要提高PLC控制系統可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠(chǎng)家用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，多方配合才能完善解決問(wèn)題，有效地增強系統的抗干擾性能。隨著(zhù)PLC應用的日漸廣泛，其抗干擾問(wèn)題也顯得日益重要。本文就此問(wèn)題提出一些抗干擾的措施。

　　一、控制系統中干擾及其來(lái)源

　　1、干擾源及一般分類(lèi)

　　影響PLC控制系統的干擾源與一般影響工業(yè)控制設備的干擾源一樣，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(dòng)的部位就是噪聲源，即干擾源。

　　干擾類(lèi)型通常按干擾產(chǎn)生的原因、噪聲干擾模式和噪聲的波形性質(zhì)的不同劃分。其中：按噪聲產(chǎn)生的原因不同，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(zhì)不同，分為持續噪聲、偶發(fā)噪聲等；按噪聲干擾模式不同，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(lèi)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(xiàn)上感應的共態(tài)（同方向）電壓迭加所形成。

　　共模電壓通過(guò)不對稱(chēng)電路可轉換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞（這就是一些系統I/O模件損壞率較高的主要原因），這種共模干擾可為直流、亦可為交流。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(chǎng)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，這種干擾疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。

　　2、PLC系統中干擾的主要來(lái)源及途徑

　?。?）來(lái)自空間的輻射干干擾

　　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、高頻感應加熱設備等產(chǎn)生的，通常稱(chēng)為輻射干擾，其分布極為復雜。若PLC系統置于所射頻場(chǎng)內，就回收到輻射干擾，其影響主要通過(guò)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；而是對PLC通信內網(wǎng)絡(luò )的輻射，由通信線(xiàn)路的感應引入干擾。輻射干擾與現場(chǎng)設備布置及設備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)大小，特別是頻率有關(guān)，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。

　　（2）來(lái)自系統外引線(xiàn)的干擾

　　主要通過(guò)電源和信號線(xiàn)引入，通常稱(chēng)為傳導干擾。這種干擾在我國工業(yè)現場(chǎng)較嚴重。

　　a來(lái)自電源的干擾

　　PLC系統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(xiàn)路上感應電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內部的變化，入開(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。PLC電源通常采用隔離電源，但其機構及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實(shí)際上，由于分布參數特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。

　　b來(lái)自信號線(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)信息之外，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)變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視；二是信號線(xiàn)受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線(xiàn)上的外部感應干擾，這是很?chē)乐氐?。由信號引入干擾會(huì )引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時(shí)將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統總線(xiàn)回流，造成邏輯數據變化、誤動(dòng)和死機。PLC控制系統因信號引入干擾造成 I/O模件損壞數相當嚴重，由此引起系統故障的情況也很多。

　　c 來(lái)自接地系統混亂時(shí)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。

　　PLC控制系統的地線(xiàn)包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統混亂對PLC系統的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過(guò)屏蔽層，當發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí)，地線(xiàn)電流將更大。

　　此外，屏蔽層、接地線(xiàn)和大地有可能構成閉合環(huán)路，在變化磁場(chǎng)的作用下，屏蔽層內有會(huì )出現感應電流，通過(guò)屏蔽層與芯線(xiàn)之間的耦合，干擾信號回路。若系統地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線(xiàn)上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC內邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運算和數據存貯，造成數據混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動(dòng)作。

　　（3）來(lái)自PLC系統內部的干擾

　　主要由系統內部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于PLC制造廠(chǎng)對系統內部進(jìn)行電磁兼容設計的內容，比較復雜，作為應用部門(mén)是無(wú)法改變，可不必過(guò)多考慮，但要選擇具有較多應用實(shí)績(jì)或經(jīng)過(guò)考驗的系統。