PLC控制系统接地抗干扰技术的研究

梁廷魁

（山西机电职业技术学院，山西长治046011）

PLC控制系统接地抗干扰技术的研究

梁廷魁

（山西机电职业技术学院，山西长治046011）

随着科学技术的不断发展进步，PLC技术的应用也越来越广泛，然而受环境等多种因素的影响使得PLC控制系统的稳定性大大降低。为了提高PLC控制系统的稳定性，对影响其稳定性的干扰因素进行了分析研究，通过内部和外部抗干扰以及工程设计和施工布线等多个方面对抗干扰进行设计探讨，来提升PLC控制系统的稳定性。

PLC；控制系统；抗干扰；技术

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.050

1 引言

PLC控制系统设计周期比较短，抗干扰水平高，而且程序设计语言较简单，近年来，PLC控制系统的功能也越来越完善，它可以按照具体情况针对应用领域做出各种数据显示，并具有记录和通讯等多种功能。此外，该控制系统还能在控制设备时以智能操作系统的方式来实现控制系统与人之间的对接交流。这是一种灵敏度高，配置也较高的控制系统。然而该系统在实际应用中很容易受到干扰，从而影响其使用水平，因此提高其抗干扰技术非常重要。

2 影响PLC控制系统抗干扰能力的因素

PLC控制系统的具体使用环境通常都是非常复杂的，这就使得该控制系统的抗干扰水平会受到更多因素的影响，但一般来说我们可以将其分为外部因素和内部因素2个方面。

2.1 影响PLC控制系统抗干扰水平的内部因素

影响该系统抗干扰水平的内部因素主要包括电路和元件的设计水平而导致的电磁辐射以及电路的干扰等因素[1]。PLC控制系统在应用过程当中，电路以及元件在运行的时候都或多或少会产生一些电磁辐射，这些辐射会给控制系统的配件以及逻辑运行带来影响，继而使得控制系统的抗干扰水平受影响。由此可见，要提高PLC控制系统的抗干扰能力就需要按照具体情况而选取电路等设计都合理的PLC。

2.2 影响PLC控制系统抗干扰水平的外部因素

影响PLC控制系统抗干扰水平的外部因素有多个方面，具体如下。

2.2.1 信号线的影响

为确保企业、工业能够维持正常的运营和生产，PLC控制系统的运行一定要稳定可靠，这样才能接收到准确无误的数据信息[2]。然而在传输信号的时候不可避免地会受到许多因素的干扰，致使控制系统不能完整无误地接收信号。通常情况下，信号线对PLC控制系统的干扰主要表现在2个方面：（1）信号线本身会受到干扰，（2）传输信号的时候变压器以及信号仪表都会受到干扰和影响。电压的切换、静电放电等因素都会使信号线受到干扰，同时电波浮动也会对PLC控制系统能否接收信号带来比较大的影响。而变压器及信号仪则有可能在控制系统接收信号的时候出现电源串入的情形，最终导致PLC控制系统接收信号异常，包括信号缺失、逻辑数据信息不完整等，这些都会使控制系统的抗干扰能力严重下降[3]。

2.2.2 接地系统方面的影响

PLC控制系统在使用和运行的时候，地线系统是其重要的构成部分，它是决定PLC控制系统能否正常发挥功能的关键因素。系统地、保护地与交流地以及屏蔽地这4个方面共同构成了地线系统，并维护和确保PLC控制系统正常供电与运行，确保工业、企业能够正常运营。但接地系统分布空间比较广，而且各分布的区域地点间有很大的不定性，这就导致PLC控制系统能否正常供电受到了多种因素的影响，致使控制系统当中的电路以及元件都会受到损害，让PLC控制系统在接收信号的时候会发生失误及错乱的情形。

2.2.3 电源方面的因素影响

PLC控制系统在各个领域的应用都比较广，其抗干扰能力还受到电源的影响，使其抗干扰水平降低，导致控制系统的性能无法达到最佳状态。比如在生产过程中，开启电力设备或关闭电力设备时各个空间传递出来的干扰都会让电波出现较大幅度的波动，继而给PLC控制系统的用电产生较大冲击，让PLC控制系统的元件受到较严重的损害，甚至会出现电路短路，让控制系统出现紊乱的事故。

3 提高PLC控制系统抗干扰的技术和策略探讨

3.1 硬件方面的抗干扰技术措施

3.1.1 选用合适的电源

在电源这部分，电源变压器是较为常用的元件，如果控制系统对环境没有较高的要求，则对电压也不会有特别高的要求，仅通过单向工频交流电就能达到抗干扰水平的标准。但如果控制系统需要较高的可靠性，我们就需要重新对原来的工频电源做处理，如使用屏蔽层的隔离变压器来提高控制系统的抗干扰能力，这也是一种常用的方法。其次，于PLC电源输入的这一段增加接滤波器，让交流电源输送来的高次谐波以及高频电磁干扰被很好地过滤掉[4]。

3.1.2 安装滤波器

为了不让干扰信号通过电源系统进入到控制系统内部，我们可以安装一个滤波器。但是要注意，安装的时候所使用的隔离变压器的屏蔽层接地性能必须是良好的，同时次级连接线应该是双绕线。除此之外，屏蔽层应该分开安装在2个位置：即隔离变压器的初级和次级绕组。注意交流电网的零线要和初级屏蔽层进行连接，而次级屏蔽层则和直流电网及初级间屏蔽层进行连接。

3.1.3 分离供电系统

为确保PLC控制系统正常运行，输出输入断电不会影响控制器的供电，我们应该在I/0及PLC系统的控制器上通过不一样的隔离变压器来供电，同时和各自不一样的主电源进行分离。与此同时，PLC控制系统的隔离电源一定不能和动力电源还有检修电源一起使用，必须有各自单独分开的电源供电。只有这样我们才可以保证PLC控制系统电源是单独纯净的，也可以借此降低耦合给电源带来的不良影响。所以，线式不间断的情况下，UPS电源完全能够用来当做控制系统的电源对其供电，因其具备非常优良的干扰隔离性能，从而加强了控制系统的抗干扰水平。

3.1.4 良好的接地设计

PLC控制系统接地会对系统能否正常运行造成直接影响，如果选择较好较合适的接地方法能够很好地降低动作失误，继而提升系统抗干扰水平。因此，在设计的时候应该把控制器与其他设施都分开接地.对系统性能要求比较低的时候则能共通接地，但要注意尽可能不和电机、变压器等系列动力设备共通接地。另外，接地线不能与主回路及强电回路的电线相交，要真的是不可避免就要注意保持垂直相交，尽最大可能地降低平行走线的长度。

3.2 软件方面的抗干扰技术措施

3.2.1 抖动消除处理

当PLC控制系统处于振动环境时就有可能随着行程开关或者按钮振动而发生抖动，这种系统所传输出的信号就是错误的，不完整或不准确的。这种抖动一般不会延续较长的时间，因此我们能够利用延时来消除抖动，就是在PLC控制系统里的计时器上做好时间方面的延时工作，设置好以后抖动一旦停下来，控制系统就可以接收到准确的信号，以提高其抗干扰能力。

3.2.2 对系统运行进行监控

设计PLC控制系统里的计数器或者辅助继电器等相关软元件进行时，我们可以增加一些程序来将输入元件的许多错误信号进行屏蔽，并防止输出元件发生错误动作。设计程序时我们可以“通过看门狗”的方式对系统的每个构成部分的运行情况进行监控，即编程PLC控制系统软件时把某个定时器看作是“看门狗”，用来查看监视控制系统运动部件的具体运行情况，并把这一运动部件可能需要使用到的最大时间设置成定时器的定值。运行这一部件时就可以启动“看门狗”定时器。假若各个运行部件能够正常运作，则运动部件就可以在规定时间里到达设定好的位置，定时器会将数据信息清零，这就表示系统运行正常；不然则表示该部件有问题，“看门狗”定时器则做出停止工作或发出警报信号。

3.2.3 健全接地系统

PLC控制系统要进行接地的原因主要有2个方面：安全及减少干扰。接地系统越完善则表明PLC控制系统抗电磁干扰越低，抗干扰能力越高。所以，我们一定要按照实际情况来给系统选择一个较为合适的接地点。系统接地一共有3种：电容接地、浮地及直接接地。PLC控制系统为一种高速低电平的控制装置，因此我们通常使用直接接地的方法。因为信号电缆分布电容以及输入装置滤波等因素会影响装置效果，因此各个装置之间使用的信号交换频率通常都大于1MHz，因此控制系统接地线通常都是使用串联一点接地和一点接地的形式进行。如果PLC控制系统是集中布置，则使用并联一点接地的方式比较适合。若是各个装置之间的距离相差较大，则使用串联一点接地的形式比较适合，也就是采用一根大截面铜母线将各个装置的柜体中心接地点进行连接，再把接地母线直接连接到接地极。接地支线通常使用截面大于22mm2的铜导线，而总母线的截面则通常高于60mm2的铜排。接地极的接地电阻要低于2Ω，接地极应该埋设在距离建筑物10～15m远的距离，同时PLC系统接地点应该和强电设备接地点距离10m以上，以此形成独立的接地系统。

4 结语

PLC控制系统接地抗干扰技术和水平越高，则PLC控制系统越可靠，其整体性能也越好，输入和输出的信号数据越准确，因而越能够确保工业、企业的生产安全[5]。因此，我们在设计PLC控制系统的时候一定要尽最大可能地提高其抗干扰能力。同时，针对影响控制系统接地抗干扰能力的各种因素，我们需要根据实际情况研究出相应的解决措施，这样才可以确保控制系统能够正常运行。

【1】张礼兵.数控系统运动平稳性和轮廓精度控制技术研究[D].南京：南京航空航天大学，2012.

【2】段苏振.提高PLC控制系统可靠性的设计因素[J].电气传动，2013(5): 45-49+52.

【3】解华明.PLC控制技术的优势及抗干扰措施研究[J].产业与科技论坛，2013(5):102-103.

【4】刘美俊.提高PLC控制系统可靠性的措施[J].电工技术杂志，2013(3): 24-26.

【5】王平.PLC自动控制系统可靠性研究[J].电气传动，2012(8)：98-99.

Research of Anti-interference Technology by Means of Grounding on PLC Control System

LIANG Ting-kui
(Shanxi Institute of Mechatronic Technology,Changzhi 046011,China)

With the continuous development of scienceand technology,PLC technology is used more and more w idely.However,because of various factors such as the environment,the stability of PLC control system is greatly reduced.In order to improve the stability of PLC control system,we have a research on the factors that in fluence the stability,and discus santi-interference technology design through not only the internal and external aspects but also engineering design and construction wiring,in order to enhance the stability of PLC control system.

PLC;control system;anti-interference;technology

TP273

A

1007-9467（2016）08-0093-02

2016-08-04

梁廷魁（1981～），男，山西潞城人，讲师，从事电气控制设计教学与研究。