电力系统中PLC控制系统的抗干扰分析

王明炎

（上海大屯能源股份有限公司发电厂，上海 221611）

1.PLC的干扰源分析

PLC控制系统是一种自动化程度高且配置十分灵活的控制工业生产过程的装置。凭借自身的高可靠性，其在自动控制领域中的应用十分广泛。

美中不足的是，PLC控制系统本身存在着一定缺陷。尽管该系统具有可靠的与现场的隔离、端口之间的隔离、端口输入输出信号与总线信号间的隔离，但是，随着PLC应用场合的广泛化，应用环境的复杂化，其所受的干扰也不可避免的越来越多。

发电厂空间内存在着极强的电磁场，如今的发电机电压已经高达数千伏，电流高达数百安乃至数千安，开关站输出电压更是高达几十千伏甚至几百千伏，由于实际现场条件的限制，所以经常会出现近百米长强电与PLC信号电缆无法有效分隔的实际情况，甚至有时只能敷设于相同的电缆沟或电缆桥架中。因此，高电压、大电流接通或断开时会产生的强电干扰，极有可能会在PLC输入线上产生较强的感应电压和感应电流，产生的感应电压、电流会导致PLC输入端的光电耦合器内的发光二极管发光，致使光电耦合器的抗干扰作用无法有效发挥，由此导致PLC的误动作、装置死机、程序紊乱等情况出现。

干扰信号除却经PLC输入端侵入PLC的情况之外，也很有可能经PLC的电源进入PLC。除此外，系统内部的各元器件以及不同电路间也经常会相互产生电磁辐射，存在着PLC系统的内部干扰。如逻辑电路的互相辐射以及其对模拟电路产生的影响，模拟地和逻辑地之间的相互影响及各元器件间的不匹配使用等等。不同形式的干扰，都很有可能使系统无法正常工作。因此，研究PLC控制系统的干扰来源、成因以及抑制措施，对于提高PLC控制系统的抗干扰能力、增强其可靠性具有十分重要的作用。

2.抗干扰措施分析

2.1 隔离措施

PLC内部采用了光电耦合器、输出模块中小型继电器和光电可控硅等以隔离外部的开关量信号，PLC的模拟量I/O模块通常也都采取光电耦合的隔离措施。这样不仅能减少或消除外部干扰对系统的影响，而且能有效保护CPU模块，令其免受由外部窜入PLC的高电压的危害。因此，一般不需要在PLC外部设置抗干扰隔离器件。假如PLC输入端的光电耦合器无法有效抵抗干扰，还可以利用小型继电器来隔开发电站中用长线引入PLC输入端的开关量信号。光电耦合器中发光二极管的工作电流仅为几毫安，而小型继电器线圈的吸合电压达到几十伏，强电干扰信号的电磁感应产能量一般很难令用来隔离的继电器吸合。不少系统需要利用外部信号多对触点，一对触点提供输入信号给PLC，一对触点提供开关量信号给上位计算机，一对触点用于指示灯等。利用继电器转接输入信号不但提供了多对触点，而且实现了对强电干扰信号的隔离。为了提高PLC控制系统的抗干扰能力，PLC外部信号、PLC以及计算机间的串行通信线路可以用光纤或带光电耦合器的通信接口隔离，在要求必须防火、防爆的环境下这种方法更加适合。

2.2 电源措施

电源干扰主要是由供电线路阻抗耦合产生的，不同大功率的用电、发电设备是主要干扰源。假如PLC使用的是交流电源，那么在干扰很强或要求很高可靠性的场合，在PLC的交流电源输入端加带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器。隔离变压器用来抑制窜入的外来干扰，但是屏蔽层应保证可靠接地。高频干扰信号是通过初级、次级绕组间的分布电容传递的。在初级、次级绕组间加绕屏蔽层，可以减小绕组间的分布电容，提高抗高频干扰能力，保证电源供电的可靠性。

2.3 PLC输出端措施

继电器输出模块触点的工作电压范围宽、导通压降小，相比于晶体管型和双向可控硅型模块，继电器输出模块所能承受的瞬时过电压、过电流能力强，但是速度较慢。系统的输出量变化较少时，选用继电器型输出模块比较合适。PLC输出模块中的小型继电器触点较小，断弧能力较差，无法直接用于发电站DC220V的电路中，必须用PLC驱动外部继电器，利用外部继电器的触点驱动DC220V负载。对外接继电器的选择，要仔细分析是用PLC控制接通还是断开外部回路。

2.4 安装与布线措施

开关量信号对信号电缆一般没有严格的要求，一般的铜芯多股电缆即可选用，在传输距离较远时，屏蔽电缆或光纤是理想的选择。模拟信号最好选择屏蔽电缆。通信电缆要求的可靠性高，当通信电缆的信号频率很高时，最好选用PLC生产厂家提供的专用电缆，当可靠性要求不高或者信号频率比较低时，可以用带屏蔽的双绞线电缆。PLC应该远离强干扰源，例如大功率的可控硅装置、高频大功率焊机以及大型动力设备等等。不能将PLC与高压电器安装在同一开关柜内，若在柜内PLC应尽量远离动力线。和PLC装于同一开关柜内的电感性元件，例如继电器、接触器内的线圈，最好并联RC消弧电路。不同类型的线应该装入不同的电缆管、电缆槽中，尽量使其有足够的空间距离。PLC的I/O线和大功率动力线要分开走线，若在同一线槽中布线，信号线应使用屏蔽电缆。交流线和直流线要用不同的两根电缆，开关量、模拟量的I/O线应尽量分开敷设，后者采用屏蔽线。传送模拟信号屏蔽线，其屏蔽层一端接地，为了排除高频干扰，数字信号线屏蔽层要并联电位均衡线，其电阻应最好小于屏蔽层电阻的1/10，同时将屏蔽层两端接地。假如不能设置电位均衡线，或者只需考虑抑制低频干扰的情况下，一端接地即可。不同信号线最好不用同一插接件转接，假如一定要用同一插接件，用备用端子或者地线端子分隔开，可以有效降低干扰。

3.结语

电力系统极其复杂，在电力系统中的PLC控制系统更是充满不确定因素。PLC控制系统干扰因素更是错综复杂，要想尽可能地减少或消除干扰，必须综合电力系统本身所固有的问题以及PLC控制系统一系列的要求进行全方位的考虑，从PLC控制系统的干扰源进行分析，对PLC的隔离、电源、输出端以及相应的安装与布线措施进行全方位改进，以达到减少甚至消除干扰的目的，充分提高PLC控制系统的抗干扰能力与可靠性。

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