浅谈PLC控制系统抗干扰措施

刘书友

【摘要】尽管PLC控制系统在设计制造时已采取了很多抗干扰措施，但为了确保整个系统稳定可靠，还应采取必要的抗干扰措施，尽量使PLC控制系统具有良好的工作环境条件。笔者通过对PLC控制系统干扰源的分析，浅探PLC控制系统抗干扰的措施。

【关键词】PLC控制系统;干扰源;措施;抗干扰

PLC（可编程序控制器）是以微处理器为核心，综合了自动控制技术、计算机通信技术，是近年来迅速发展起来的一种通用工业自动控制装置。PLC具有控制功能强、使用灵活方便、可靠性高、易于扩展等优点而应用越来越广泛，成为现代工业技术的三大支柱之一，在交通、电力、通讯等领域广泛应用。

可靠性高低是考核电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代化大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。尽管PLC在设计制造时已采取了很多措施，使它对工业环境比较适应，但是为了确保整个系统稳定可靠，还是要采取必要的抗干扰措施，尽量使PLC拥有良好的工作环境条件。

一、PLC控制系统干扰源的主要来源途径

1.电源干扰

PLC控制系统正常供电电源来自电网。由于电网覆盖范围广，受到空间电磁干扰，空间的辐射电磁场（EMI）主要由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电、广播电视、雷达等产生，通常称为辐射干扰。若PLC系统置于射频场内，就会受到辐射干扰，而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化，闸刀开关操作（浪涌电流）、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都将通过输电线路传输到电源原边，可能造成PLC程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，造成设备的失控和误动作。

2.接地系统干扰

接地是提高电器设备电磁兼容性（EMC）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;但错误的接地，反而会引入严重的干扰信号。

3.信号线引入干扰

与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除传输有效的信号外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是信号线受空间电磁辐射感应的干扰;二是通过变压器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰。

4.变频器干扰

一是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备正常工作;二是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网供电质量。

二、抗干扰的措施

1.电源干扰的抑制

一般通过设置屏蔽电缆、PLC局部屏蔽和高压泄放元件进行保护。选用隔离性能较好的设备、选用优良的电源、动力线和信号线走线要合理等等，对电源变压器、中央处理器、编程器等主要部件采用导电、导磁性良好的材料进行屏蔽处理，以防止外界干扰信号的影响。电源波动造成电压畸变或毛刺，将对PLC及I/O模块產生不良影响。对微处理器核心部件所需要的+5V电源采用多级滤波处理，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。电源线平行走线，使电源线对地呈低阻抗，以减少电源噪声干扰。屏蔽层接地方式不同，对干扰抑制效果会不一样，一般次级线圈不能接地，输入、输出线应用双绞线且屏蔽层应可靠接地，以抑制共摸干扰。此外可以安装一台带屏蔽层的1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰，还可在电源输入端串接LC滤波电路等。

2.正确选择接地点，完善接地系统

良好的接地是保证PLC控制系统可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个，一为了安全，二是为了抑制干扰。在PLC控制系统中，具有多种形式的“接地”，主要有：

1）信号地。输入端信号元件接地;

2）交流地。交流供电电源的N线;

3）屏蔽地。为防止静电和磁场感应而设置的外壳或金属丝网，通过专门的铜导线将其接地;

4）保护地。

将机器设备的外壳或设备内独立器件的外壳接地。一般情况下，接地方式与信号频率有关，当频率低于1MHz时，可用一点接地;高于10MHz时，应采用多点接地; 1～10MHz通常情况下PLC控制系统采用一点接地，将所有地线端子和最近接地点相连接，以获得最好的抗干扰能力。接地线截面积≥2mm2，接地电阻≤100Ω，接地线使用专用地线。

3.信号线引入的防干扰措施

动力线、控制线、PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双绞线连接。将PLC的I/O线和大功率线分开走线，如必须在同一线槽内走线的，应分开捆扎交流线、直流线，若条件允许，分槽走线最好。此外利用信号隔离器解决干扰问题也是很理想的办法，其原理是先将PLC接收的信号通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，再进行解调，变换回隔离前原信号或不同信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理，保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。

4.变频器干扰的抑制

（1）加隔离变压器

针对来自电源的传导干扰，可将绝大部分传导干扰阻隔在隔离变压器之前。

（2）使用滤波器

滤波器具有较强的抗干扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。

（3）使用输出电抗器

在变频器到电动机间增加交流电抗器，减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，影响其它设备正常。

PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题。在抗干扰设计中应综合考虑各方面因素，合理有效抑制抗干扰，才能够使PLC控制系统正常工作。随着PLC应用领域的不断拓宽，如何高效可靠的使用PLC也成为其发展的重要因素。

参考文献

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[2]刘锴，周海.深入浅出西门子S7-300PLC[M].北京：航空航天大学出版社，2008.

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