PLC控制系统的电磁干扰来源和抗干扰设计

赵剑 孙晓琳

摘 要：随着科学技术的发展，PIC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。文章主要论述了PLC在运行过程中所受到的干扰来源，以及解决这些干扰的一些措施，另外还对变频器的抗干扰问题进行了一系列讨论。

关键词：PLC控制系统；抗干扰；措施

1 概述

随着科学技术的发展，PIC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家用提高设备的抗干扰能力，另一方面要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。因此，研究PLC控制系统抗干扰信号的来源、成因及其抑制措施，对于提高PLC控制系统的抗干扰能力及可靠性具有重要的意义。

2 提高系统抗干扰能力措施

抗干扰的措施主要分为两种：一是硬件方面；二是从软件方面。下面逐一对这两个方面进行分析：

2.1 硬件方面

从硬件方面来说，在设计PLC控制系统时，通过在正确选择PLC、正确选择接地点，接地方式、合理配置供电电源和I/O端的接线等措施，可有效提高系统的抗干扰能力。

2.1.1 PLC的选择

选用PLC时，要选择有较高抗干扰能力、尤其是外部抗干扰能力以及包括电磁兼容性（EMC）好的产品，如采用浮地技术、隔离性能好的PLC品牌。同时要根据应用的具体环境（电磁环境）合理选择PLC，由于我国采用的是220V高内阻电网制式，而欧美地区是110V低内阻电网，我国电网内阻大，零点电位漂移大，地电位变化也就大，工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上，因而对系统抗干扰能力也就更高，在国外能正常工作的PLC产品在国内就不一定能可靠运行，因此在采用国外PLC产品时应按我国的标准（GB/T13926）合理选择。

2.1.2 正确选择接地点，完善接地系统

接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

系统接地方式有：浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对PLC控制系统而言，它属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz，所以PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的PLC系统适于并联一点接地方式，各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大，应采用串联一点接地方式。

信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理。选择适当的接地处单点接点。

2.1.3 电源部分的抗干扰方法

电源变压器是电源部分的主要元件，为了抑制电网中的干扰，一般选用隔离变压器，且变压器容量应比实际需要大1.2～1.5倍左右。在使用中应要求变压器的屏蔽层良好接地，次级线圈连接线要使用双绞线，以减少电源线间干扰。对于PLC的控制器电源，如果条件许可，还可在隔离变压器前加入滤波器，此时变压器的初级和次级连接线均要使用双绞线，这样干扰信号经滤波隔离后可大大减弱，增强了系统的可靠性。

PLC供电系统可采用如下方式，控制器和I/O系统分别由各自的隔离变压器供电，并与主电路电源分开。当某一部分电源出了故障时，而不会影响其他部分，如输入、输出供电中断时，控制器仍能继续供电，提高了系统的可靠性。

2.1.4 I/O端的接线

输入接线：（1）输入接线一般不要太长。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。（2）输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开。（3）尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。

输出连接：（1）输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。（2）由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板。（3）采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时应合理选择，或加隔离继电器。（4）PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。

2.2 软件方面

从软件设计方面提高系统抗干扰能力，PLC内部具有丰富的软元件，如定时器、计数器、辅助继电器等，利用它们设计一些程序，可以屏蔽输入元件的误信号，防止输出元件的误动作，提高系统的抗干扰能力。

2.2.1 延时控制

控制器的外部开关量和模拟量输入信号，由于噪声、干扰、开关的误动作、模拟信号误差等因素的影响，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。当按钮、开关作为输入信号时，则不可避免产生抖动。输入信号是继电器触点，有时会产生瞬间跳动，将会引起系统误动作。在这种情况下，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）才执行。

2.2.2 软件滤波

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：（1）程序判断滤波；（2）中值滤波；（3）滑动平均值滤波；（4）去极值平均滤波；（5）算术平均值滤波；（6）防脉冲干扰平均值滤波。

2.2.3 封锁控制

某些干扰是可以预知的，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、电弧等干扰信号，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。在容易产生这些干扰的时间内，可用软件封锁可编程序控制器的某些输入信号，适当延时，在干扰消除后，再取消封锁。

3 结束语

以上的措施，经若干PLC控制系统现场实际运行表明，能够消除现场干扰信号的影响，保证系统的可靠运行。PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，对有些干扰情况还需做具体分析，采取对症下药的方法，才能够使PLC控制系统正常工作。

参考文献

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[2]陈在平，赵相宾.可编程序控制器技术与应用系统设计[M].北京：机械工业出版社，2002.

[3]郭宗仁，等.可编程序控制器及其通讯网络技术[M].北京：邮电出版社，1999.