浅析PLC的干扰源和抗干扰措施

2011-08-24拾以超

时代农机 2011年7期

拾以超

（江苏食品职业技术学院机电工程系，江苏淮安 223003）

目前，可编程控制器（简称 PLC）已基本替代了传统的继电器控制系统，广泛应用于社会生产各个行业，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱的首位。PLC控制系统的可靠性直接影响到企业的安全生产和经济运行,而系统的抗干扰能力是整个系统可靠运行的关键。因此,分析研究PLC应用中的抗干扰技术是十分必要的。文章主要从硬件和软件两个方面探讨PLC控制系统中常见的干扰源和抗干扰措施。离供电系统,将控制器、I/O通道和其它设备的供电采用各自的隔离变压器分离开来,也有助于抗电网干扰。

图1 多级滤波电路与隔离变压器

1 硬件抗干扰措施

（1）电源的干扰及抗干扰措施。PLC系统的正常供电电源均为电网供电，电网覆盖范围广，容易受到空间电磁干扰而在线路上感应电压和电流，尤其是电网内部的变化、输入开关操作浪涌、大型电力设备启停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边，这将会造成设备的失控和误动作,从而不能保证PLC的正常运行。

由于PLC本身抗干扰的能力很强,通常只要将PLC电源与系统动力设备分开配线,就可以有效抑制来自电源的干扰。但是,如果遇到电源干扰特别严重,而对PLC稳定性又要求特别高的场合，一般在进入PLC系统之前加屏蔽隔离变压器。当电源谐波比较严重时,可在隔离变压器前加滤波器来消除电源的大部分谐波,必要时可在PLC交流电源的进线端接入带屏蔽层的隔离变压器和多级滤波器（如图1所示）。另外分

（2）空间辐射干扰及抗干扰措施。PLC控制系统受到来自空间的辐射干扰分布极为复杂，主要有：电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应设备等产生的干扰。若PLC系统置于所射频场内，就会收到辐射干扰，其影响主要有两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对PLC通信网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。

形成电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备。因而，为了保证PLC控制系统在工业环境中免受或减少电磁干扰,抑制电磁干扰也应从这三方面入手，采取适当措施。首先应该抑制干扰源，直接消除干扰原因；其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射，切断电磁干扰的途径；第三是提高设备的抗干扰能力，降低其对干扰的敏感度。PLC控制系统的电磁干扰分为共模干扰和差模干扰两种。共模干扰主要由电网串入及地电位差和空间电磁辐射在信号线上感应的电压迭加所形成的干扰，可造成元器件损坏，特别是PLC系统I/O模块损坏。抑制共模干扰的一种简单的方法,就是给有可能有共模干扰的信号线加装共模扼流圈。差模干扰是由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换成共模干扰所形成的干扰电压,该电压能直接影响PLC控制系统测量与控制精度。滤波器能有效抑制电网中的电磁干扰进入设备，还可以抑制设备内的电磁干扰进入电网。因此，差模干扰抑制器通常使用低通滤波元件构成,最简单的就是一只滤波电容接在两根电源线之间而形成的输入滤波电路,只要电容选择适当,就能对高频干扰起到抑制作用,同时还可以采用隔离和屏蔽的方法，提高装置和系统的抗干扰能力。为了提高抗干扰能力和防雷击，PLC的外部信号、PLC与上位计算机及其它智能设备之间的串行通信信息还可以使用光纤进行传输和隔离。

（2）接地混乱的干扰及抗干扰措施。接地是提高电子设备电磁兼容性的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响,又能抑制设备向外发出干扰；错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。

为了安全和抑制干扰,系统一般要正确接地。系统接地方式一般有浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。PLC控制系统属于高速低电平系统,应采用直接接地方式。PLC的电源线、I/O 电源线、输入/输出信号线、交流线和直流线都应尽量分开布线，开关量信号线与模拟量信号线也应分开布线,而且都应采用屏蔽线,并将屏蔽层接地。连接接地线时,一般应注意以下几点：①接地电阻小于2Ω；②PLC系统的接地端子正确接地可以有效消除电源系统的共模干扰；③PLC系统的接地线至少用20mm的专用接地线；④输入/输出信号电缆的屏蔽线应与接地端子连接,且接地良好。

2 软件抗干扰措施

由于噪声、干扰、开关的误动作及模拟信号误差等因素的影响,PLC控制系统不可避免会形成输入信号的错误,引起程序判断失误,造成事故。

当数字量如按钮、开关、继电器触点等作为输入信号时,不可避免地产生抖动或瞬间跳动,都将会引起系统误动作。这种情况,可采用定时器延时来去掉抖动。定时时间根据触点抖动情况和系统要求的响应速度而定,这样可保证触点确实稳定闭合（或断开后）程序才执行。还有一些可以预知的干扰信号,例如可编程序控制器的输出命令驱动大功率器件动作,常常会伴随产生火花、电弧等情形,它们产生的干扰信号可能使可编程序控制器接收错误的信息。解决办法是在容易产生这些干扰信号的时间内,可用软件适当延时来封锁可编程序控制器的某些输人信号,在干扰消除后,再取消封锁。对于模拟信号,可采用多种软件滤波方法来提高数据的可靠性。连续采样多次,采样间隔根据A/D转换时间和信号的频率而定。采样数据先后存放在不同的数据寄存器中,经比较后取中间值或平均值作为当前输入值。常用的滤波方法有程序判断滤波、中值滤波、滑动平均值滤波、防脉冲干扰平均值滤波、算术平均值滤波、去极值平均滤波等。在干扰不能避免的情况下,万一其对控制系统造成大的干扰而使系统出现异常时,还可以使用软件容错技术，使控制系统对出错时的状态及时地进行反应并决定下一步补救措施。