PLC控制系统的抗干扰措施

王晓锋

锦智（杭州）自动化设备有限公司，浙江 杭州 310018

摘要：随着我国经济的不断发展，工业的发展形势也在不断的改变，自动化程度不断提高，在工业自动化发展的过程中，数控制造设备已经成为工业领域的支柱，而可编程序控制器（PLC）是新型工业控制装置的一种，具有优秀的工业性能，可靠性高、通用性强，可以进行实时编程修改，已经在工业制造中广泛使用。据统计已有八成的工业控制由PLC控制系统完成，其可靠性也得到业内公认。但是由于工业生产的环境较为复杂，设备线路连接方式没有一个较为完善的标准，电磁干扰状况严重，而供电电源是电磁干扰信号对PLC控制系统的主要途径，对于电源抗干扰问题的分析探讨具有重要的意义。

关键词：PLC控制系统；抗干扰；措施

1 对于干扰源的分类

①首先是可以按噪声产生的原因不同，分为放电噪声等多种形式。

②其次是安装噪声的波形、性质不同来进行划分的，分为持续噪声等。

③最后是安装噪声干扰的方式是不一样的，这样也就可以分为两类不同的模式。

对于共模方式来说，有一定的弊端，信号比较差，这样主要是由电网来进行的，那么对对于电位差以及空间的电磁辐射在信号线上感应的共态来形成的，那么共模的电压可以通过不一样的电路来形成的不同的模式，直接就会影响了信号的监测能力，同时会造成元器件的损坏。

差模干扰就是对信号两极间的干扰电压，主要是由空间电磁场在信号中出现的差异较大的干扰器，这样可以形成电压方面的影响，如果再加上干扰方式的重叠，直接导致了测量与控制之间的难度。

2 干扰因素分析

2.1 系统外部的干扰

系统外部干扰的来源主要可以从以下几个角度进行分析:其一，电源干扰。电源干扰是系统外部干扰中较为重要的干扰因素之一。其主要是由于PLC控制中大型设备的启停机过程中会引起不同程度的欠电压与浪涌，而短暂的电流变化会带来强大的磁场导致PLC系统失控。同时电网短路以及IGBT、GTO半导体器件在正常使用中所产生的噪音与震荡也是导致电源干扰的诱因之一。其二，接地系统干扰。接地系统干扰主要是指PLC控制系统在构建过程中必须通过逻辑接地以及模拟接地的方式实现接地，而接地良好也是实现PLC系统平稳运行的关键手段。但是在实际应用中，由于不同的接地系统在使用中往往存在不同接地点之间电位分别不均衡的情况，再加上不同的接地点之间经常会出现电位差，严重影响设备的正常使用。

2.2 空间辐射电磁场的干扰

空间辐射电磁场(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等所产生，即辐射干扰。影响路径：直接对PLC内部辐射，由电路感应产生干扰；对PLC通信网络的辐射，由通信线路感应引入干扰。这与现场设备布置、设备所产生的电磁场大小和频率有关。通过设置屏蔽电缆、PLC局部屏蔽和高压泄放元件进行保护即可。PLC系统干扰侵入途径，见如图1所示。其电磁干扰性的因素可用下式表示：N(ω)=G(ω)C(ω)/I(ω)，式中：N(ω)为干扰对设备的影响；G(ω)为干扰源的强弱；C(ω)为干扰传输的耦合因数；I(ω)为受干扰设备的抗干扰能力，即敏感度阀值。受干扰程度有三方面，都是频率的函数。显然，抗干扰能力的原理：①切断干扰源，即减小G(ω)；②减小藕合，即减小C(ω)；③提高受干扰设备的敏感度阀值，即加大I(ω)。在实际中都综合考虑，按此顺序采取抗干扰措施。

2.3 来自接地系统混乱时的干扰

接地是提高电子设备电磁兼容性（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；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。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。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态加雷击时，地线电流将更大。

此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

3 抗干扰的措施

3.1 使用性能良好的电源

从电源耦合进PLC系统的干扰所占比例约为70%，性能优、隔离好的电源对于抵制电网引入的干扰作用十分关键。对此，可以采用如下的措施：第一，把24v直流传感器电源的M端接地；第二，对于干扰较为严重的地点，首先把滤波器接入电源，然后使用隔离变压器。第三，为了保证供电安全，可以通过UPS（在线式不间断电源）方式进行供电，UPS能够有效地保护PLC控制系统，抵抗干扰隔离性较强。

3.2 PLC交流电源对变压器进行屏蔽隔离

PLC系统在运行过程中容易受到电源的电磁干扰。功率干扰源主要包括电源的直接输入和发射机电源的耦合。这两种形式的电源将使PLC系统运行。它容易受到电磁干扰。为了防止PLC系统电源在系统运行过程中的干扰，隔离电源是系统电源的主要选择，可以大大降低电源电磁干扰的影响。对于PLC系统的运行而言，由于生产过程中隔离电源的制造工艺和结构的影响，隔离效果无法最大程度满足PLC系统的要求。因此，隔离变压器应正确安装在PLC系统电源的输入端。干扰信号在PLC系统的运行中起着重要的作用。为了减少系统电源的电磁干扰，PLC系统可以使用滤波器来减少系统电源的影响。这是因为滤波器本身具有很强的抗干扰能力，可以防止设备本身的干扰。该电源具有良好的抗干扰效果，特别是在高干扰环境下。

3.3 通过布线抑制干扰

PLC电源线、I/O电源线、IN/OUT信号线、交直流线、主电路电源线尽量分开布线，如负载为感性负载或阻性负载开启频繁，可以选择在负载测并联RC、二极管，减少感性设备的反电动势对PLC控制系统带来的冲击。通讯线路和交流负载线分开布线，不能分开时，二者决不能平行走线，只能交叉90°走线。通讯线路必须使用屏蔽电缆，屏蔽层须可靠接地，通讯线路的露头尽量短。

3.4 信号与屏蔽接地

一般要求信号线必须要有唯一的参考地，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地环路”。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蔽电缆连接时，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。

4 结语

就PLC本身来说，在设计和制造过程中厂家已采取了多层次的抗干扰措施，具有一定的稳定性和可靠性，但由于PLC的应用场合越来越广，应用环境越来越复杂，所受的干扰也就越来越多。使系统不能正常工作。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。

参考文献:

[1]黄海龙.PLC控制系统的干扰源分析与抗干扰措施[J].科技展望,2016,26(8).

[2]郑溢辉.PLC控制应用系统的干扰源分析及抗干扰措施探究[J].科技创新与应用,2016(4):84-84.