PLC控制系统干扰及抗干扰措施研究

宋天佑 上海振华重工集团股份有限公司

PLC控制系统在电力生产或其他工业生产中的应用，不仅能够提高生产自动化程度，还提高了生产灵活性、可靠性及安全性，最终保证了生产质量及效率，深受各工业生产行业的欢迎。但我们也不可否定PLC控制系统干扰应用时总是会受到各种各样的干扰，如果不及时进行处理和预防，则会影响PLC控制系统的正常运行，严重者还会导致PLC控制系统性能下降、运行效率下降，从而增加PLC控制系统的故障发生率，影响电力生产力的质量及效率，进一步证实加强对PLC控制系统干扰预防及抵抗是必要和重要的。所以下文先简单概述了PLC控制系统，然后简要分析了PLC控制系统的干扰类型，最后详细分析了 PLC控制系统的抗干扰措施。

1 PLC控制系统的简单概述

1.1 概念

PLC控制系统的英文全程为Programmmable Logic Controller，PLC控制系统实际上就是一种可编程的逻辑控制器(PLC)，通常情况下采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

1.2 作用

第一，PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。第二，PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故。第三，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。

2 PLC控制系统的应用优势

主要包括功能强、硬件配套齐全、适应性强、可靠性高、抗干扰能力强、体积小、能耗低等，具体如下：

第一，功能强：一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件（如计时器，计数器，继电器等），有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能；第二，硬件配套齐全、适应性强：可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。PLC有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。第三，可靠性高、抗干扰能力强：PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。第四，体积小，能耗低：PLC的配线比继电器控制系统的配线要少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，可以减少大量费用。

此外，还具备了性能价格比高、用户使用方便、系统设计简单、安装及调试工作量少、编程方法简单等优势：

3 PLC控制系统的干扰类型

3.1 系统内部导致的干扰

由于内部零件之间的不匹配或者由于技术性的问题，导致PLC控制系统内部控制失衡；控制过程中因各种原因导致修通内部出现大量的电磁辐射，辐射量超出了系统的设定阈值，进影响PLC控制系统运行安全性生。

3.2 电源及外接线导致的干扰

内部电磁辐射、零件等不匹配问题，均是PLC控制系统的干扰因素，导致PLC控制系统性能，下降。

3.3 空间辐射导致的干扰

PLC控制系统在实际工作过程中对周围的环境具有很高的要求，否则极易受到外界因素的影响，进而导致系统故障，若系统处于不适合的环境中，则空间辐射会增强。

4 PLC控制系统的抗干扰措施

4.1 提高PLC控制系统的硬件抗干扰能力

其一，以高效抗干扰能力强的产品优先，这就说明了电磁兼容性的重要性，但其中最重要的关键还是抗外部干扰的能力，比如选用浮地技术以及选择具有超强隔离效果的plc控制系统；其二，要想减少共模干扰，就需要在监控信号连接在PLC控制系统之前，实现信号线与地面之间的联系；其三，想要减弱差模干扰，也可以通过在信号两极间加装滤波器实现，但是这种方法需要根据不同的工作环境，选择是不是使用；第四，我国当前现状就是，电网内阻较大，零点电位漂移大，地电位的变化也非常大，正是种种因素的影响，使得工业企业现场的电磁干扰现象要高于欧美地区4倍左右，且对控制系统的要求也更高，简单说就是国外正常工作的PLC控制系统在国内并不能十分保证运行的可靠性，因此在选用国外产品时，还需要结合我国的标准(GB/T13926)进行判断是否合理[2]。

4.2 提高PLC控制系统的软件抗干扰能力

4.2.1 利用“看门狗”方法对系统的运行状态进行监控

在最初设计应用程序时，我们可以借助看门狗方法对控制系统进行全面的监控，比如说在利用PLC控制某个零件时，程序就相当于一个定时器，根据需要进行开关，这种设定也是为了更好监控部件的作用状态。定时器在设定限制时，都会根据运动部件的可能性制定时间，当对运动部件发出工作命令时，也需要同时启动看门狗这一定时器，如果运动部件在预定的范围内进入到相关味道，看门狗系统如果能够完成命令，且使得定时器及时清零，这就说明监控器处于正常工作状态，反之则说明监控器出现异常需要进行检测[2-3]。

4.2.2 消抖

长时间在外部的震荡环境中，控制系统的开关都会被震荡环境的影响对发出的指令出现错误，通常来说，这种震荡时间都不会很长，因为时间不是很长，我们可以为控制系统设定符合要求的延时技术，等到震荡结束后再发送相适应的数据信号，这就是目前最常用的消除干扰环境的方法。

4.2.3 用软件数字滤波的方法提高输入信号的信噪比

相对于大幅度随机减弱干扰的控制系统，我们通常选择利用程序限幅的方法，在根据需要进行多次采样后，得出平均值，在其中要记住，如果出现大于前几次采样后的幅值，就需要将其舍去，之后再通过流量、压力、位移等不同的参数要求，得出平均值来确定系统的当前幅值。通常情况下，控制系统的幅值都保证在流量12，压力4左右为最佳，因为控制系统在工作中，会随着温度发生改变，所以我们选择采用多次采样的方法，最后取其平均值作为有效数据，由于积分器A/D有着转换要求，因此采样的时间也需要选择工频周期的整数倍。

4.3 提高PLC控制系统的接地抗干扰能力

其一，强化控制系统的接地性能，这一强化可以大大提升系统安全性，也能有效抑制电磁干扰，这一举措是PLC控制系统抵抗电磁干扰的一项重要举措；其二，要求各装置间的信号交换频率保证在1MHz以内，这是为了防止信号电缆与输入装置带来的影响，因此我们常见的PLC控制系统通常都是一点接地或是串联一点的方法；其三，如果是集中设置控制系统，这种就比较适合并联一点的接地方式，各装置的中心接地点要以独立的接地线为引，若是遇见装置间差距过大的情况，相比较而言，串联方式更为有效；其四，标准规定，接地极电阻不得高于2Ω，接地极与建筑物的距离保证在15米左右，这里要注意的是控制系统与强电设备的接地点距离要超过十米。

4.4 提高PLC控制系统的电源抗干扰能力

第一，PLC控制系统电源一般选用隔离电源。但因为隔离电源的内部结构以及制作技术等方面的不足，隔离电源的效果并不是十分理想，正是这个原因，让PLC控制系统利用时，都需要借助隔离变压器，隔离变压器的初级绕组与次级绕组都会添加屏蔽层，可接地，所以有较强的抑制电网干扰的能力。第二，利用滤波器抑制电网干扰，滤波器本身就有很强的抗干扰性能，同时，滤波器也可以把设备本身产生的干扰信号直接传递到电源。通常情况下，在干扰信号严重的区域，都会使用隔离变压器以及滤波器进行抑制，但是这两个方式选用

有标准的流程，一般是把滤波器接入电源然后再使用隔离变压器。第三，针对变送器以及与PLC系统具有直接电气连接的仪表提供电源时，最宜选择电容小，有较强隔离效果的配电器，从而大大降低对PLC控制系统的信号干扰。第四，在一些比较重要的控制系统中，必须要保证电网馈电不中断，这种问题我们可以利用在线式不间断供电电源为其提供足够的电量，对于PLC控制系统而言，UPS有很强的抗干扰能力，是一个理想的电源。

4.5 提高PLC控制系统的辐射抗干扰能力

首先，针对PLC控制系统的内部，通过电路感应提升抗干扰性能；其次，加强PLC控制系统通信网络的辐射，借助通信线路感应加强干扰，因为，辐射干扰与现场设备的布置区域有关，所产生的电磁场大小也不尽相同，这种情况下，利用屏蔽电缆降低高压泄放元件进行保护，像一些工业环境中，雷电带来的干扰特别明显，在现实中，我们利用电位联接、屏蔽、隔离、防雷装置等方式都可以有效防止干扰信号。

5 结语

众所周知，科学技术的发展离不开经济的支持，而经济的发展也同样离不开科学技术的支持，这意味着各行各业都离不开科学技术及经济的支持，电力电气行业也不另外，因为在实际的电力电气生产中会应用到很多先进的电力技术及设备，PLC控制系统就是较为先进且常见的电力技术。但实际的PLC控制系统运行中会因为系统内部及零部件的不匹配导致各种问题出现，给PLC控制系统运行造成了很多干扰，因此上文基于PLC控制系统干扰分析了抗干扰措施。