《硅谷》杂志：PLC控制系统的抗干扰措施 |
| 2013-02-04 15:06 作者：李广静 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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据《硅谷》杂志2012年第22期刊文称，PLC是一种具有可编程序的存储器的数字运算操作的电子系统，其内部存储器通过执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令来控制各类电气元件的运行。PLC在运行时很容易受电磁环境等的影响，发生误输入与误输出，导致电气元件失控或者误动作。首先阐述PLC控制系统干扰源的分类与来源，然后详细分析PLC控制系统抗干扰措施。
关键词：PLC；干扰源；抗干扰；措施
1PLC控制系统干扰源分类
对PLC控制系统运行造成影响的干扰源一般来其周围的电力网络、电气设备、无线电广播、雷达以及高频感应加热装置设备产生的电流或电压，根据干扰源发生的因素，干扰源大致分为电噪声、浪涌噪声以及高频振荡噪声三类；根据干扰源噪声的波形与性质，干扰源可分持续噪声、偶发噪声两类，根据干扰源噪声干扰模式，干扰源可分共模干扰与差模干扰两类。
2干扰源的来源
2.1空间辐射干扰
空间辐射干扰就是通过空间辐射电磁场产生的电磁波传播对系统造成的干扰。其来源大多来自电力系统网络、运行电气元件的暂态过程、云层雷电、无线电波以及高频感应加热设备。辐射干扰的分布广而复杂，PLC控制系统如果处于其射频场中，很容易遭到辐射干扰，可能对PLC控制系统内部进行直接辐射，产生电路感应形成干扰，也可能PLC控制系统的通信内网络进行辐射，通过通信线路感应形成干扰。
2.2系统外引线干扰
系统外引线干扰也叫传输干扰，其传播途径是电源与信号的引入线传入，系统外引线干扰是PLC控制系统在工业现场受到最严重的干扰。大致可分为以下几类：
2.2.1电源干扰
给PLC控制系统提供的电源来源于电网，由于电网覆盖范围很广，会遭遇到所有空间电磁干扰的干扰，各类电磁感应会在线路上感应产生电压或者电流，尤其是当电网中的开关操作、大型电力设备起停以及交直流传动装置的运行，会引起谐波与电网短路暂态严重影响影响PLC控制系统正常运行。
2.2.2信号线引入干扰
在PLC控制系统中，与其连接的传输线是传输有效信号信息，但大多属于低压信号，很容易遭到外部强烈电磁信号的干扰侵入。其干扰通道一般通过变送器供电电源侵入电网，也可能通共用信号仪表的供电电源侵入电网，也可能空间电磁辐射感应侵入信号线。其中信号线被侵入的电磁感应危害最严重，会导致PLC控制系统的I/O信号工作发生异常，测量精度降低，甚至很损伤PLC元器件。如果PLC控制系统隔离性稍差，可能或造成其传输的信号互相干扰，导致其共地系统总线发生回流现象，PLC控制系统就会误动或者死机。
2.2.3接地系统干扰
PLC控制系统正确接地主要作用是消除各电路电流流经一个公共地阻抗是产生噪声电压，避免电磁场和地电位差的影响，使其不能形成地环路，提高抑制干扰能力。同时给控制系统建立一个基准电压，保证系统正常稳定工作。但PLC控制系统的地线接地方式较多，系统接地、屏蔽接地保护接地以及交流等很容易搞混乱，接地混乱会导致干扰信号侵入，导致各个接地点电位差而产生地环路电流，影响PLC控制系统运行。同时屏蔽层很容易受到变化磁场的影响产生感应电流，如果其电流与芯线电流发生耦合就会形成干扰信号回路影响PLC控制系统运行。
2.3PLC控制系统内部干扰
PLC控制系统内部干扰就是其内部元器件与电路之间互相进行电磁辐射而发生的干扰。产生，包括系统的逻辑电路发生互辐射、逻辑地与模拟地发生生互辐射、系统元器件之间不匹配等现象都会造成对PLC控制系统内部的干扰。
3PLC控制系统抗干扰措施
3.1电源抗干扰措施
为PLC控制系统提供的电源占有极重要的地位。为抑制电力系统网络对CPU电源与I/O电源等的干扰，PLC控制系统在装置应该配有隔离变压器，其选择的容量要比实际高1.2倍以上。屏蔽层接地良好，同时，为降低电源线之间的相互干扰，隔离变压器的二次线圈连接线选择双绞线，在交流电源输入端加入低通滤波器。如图1示。
图1PLC控制系统电源抗干扰措施
变压器一次连接线与二次级连接线应用的都是双绞线，可以将干扰信号经滤波隔离后降低，PLC控制的供电系统的控制器与I/O系统均有各自的隔离变压器进行供电，同时，供电电源与与主电路电源是分开的。假设输入或者输出供电因为故障出现中断，控制器可以继续供电，由此可见系统可靠性大大提高。
如果PLC控制的供电系统供电质量缺乏保证，电网馈点经常中断，应该采用UPS电源给控制器供电，即将控制器前面的屏蔽变压器改为UPS电源。UPS电源不但能够不间断供电，而且干扰信号的隔离性能强大。
3.2信号抗干扰措施
3.2.1输入信号抗干扰
一是利用输入模块进行滤波来降低输入线与输入线之间的干扰信号，二是利用控制器接地来抑制输入线与大地间的共模干扰。为预防电路信号在突变出现感应电势的干扰，在输入端有感性负载时，应该装置硬件可靠性容错与容差设计技术，如果输入的是交流信号，可并联电容与电阻于负载两端；如果输入是直流信号，可以并联续流二极管。
3.2.2输出电路抗干扰技术措施
PLC控制系统输出一般有继电器、晶体管以及晶闸管三种类型，其选择要依据负载而定。如果所控制系统负载比PLC容量大，必须外接继电器或者接触器，控制系统才能正常运行。带有感性负载的PLC控制系统的输出端，输出信号进行开与关变换时，部分电量发生突变而产生干扰信号，因此，为保护PLC控制系统的输出触点，预防这种变量突变造成的影响，必须采取一定保护措施。如果控制系统控制的是直流负载，可在线圈两端并联一个二极管进行续流，同时，二极管越靠近负载，其防干扰能力越强。如果控制系统控制的是交流负载，可在线圈两端并联RC吸收电路防止干扰。
3.3接地点抗干扰措施
电力系统接地的作用主要是为了安全与抑制干扰，对PLC控制系统充分接地能有效预防电磁的干扰。系统接地主要分为浮地、直接接地以及电容接地三类方式。PLC控制系统的性质是高速低电平控制装置，因此通常选用直接接地方式，同时，要考虑PLC控制系统的信号电缆分布电容以及输入装置滤波干扰，系统装置之间的信号交换频率不得要大于1MHz，其接地线方式选用一点接地与串联一点接地。对于集中布置的PLC控制系统的接地方式一般选择并联一点接地方式最佳。PLC控制系统的各装置的柜体中心接地点都有独立的接地线连接接地极。PLC控制系统各个装置之间如果有较大的间距，接地方式要选用串联一点接地，一般用绝缘电缆或者一根截面较大的铜母线对各个装置的柜体中心接地点进行连接后，直接将其连接接地极。PLC控制系统各个装置的接地电阻不能大于5Ω，接地点尽可能靠近PLC装置，同时接地线应避开强电回路，如果不能避开，应与强电回路电源线垂直相交，平行走线长度尽可能缩短。此外，PLC系统接地点要与强电设备接地点距离要大于10m以上。
3.4软件抗干扰措施
3.4.1使用数字滤波的方法提高输入信号的信噪比
随着信息技术数字化、智能化以及网络化快速发展，数字滤波器技术在数字信号分析与处理上被广泛应用，大大提升了信号安全可靠与有效传输。因此，为提升PLC控制系统输入信号信噪比，可选用软件数字滤波技术提升PLC控制系统信号真实性。可设计程序限幅法预防大幅度随机干扰，即连续采样5次，如果其中一次采样支援比其他四次的幅值要大很多，，就舍取之。同时对于PLC控制系统的流量、压力、液面以及位移等众多参数，采用算术平均法。即用n次采样的平均值来代替当前值。
3.4.2利用“看门狗”进行监控
PLC内部具有如定时器、计数器以及辅助继电器等各个功能的元件，在设计程序时，可以利用"看门狗"方法实现对系统各组成部分运行状态的监控。屏蔽输入元件的误信号与输出元件的误动作。譬如设置警戒时钟WDT：如果程序循环扫描执行时间超过了WDT规定的时间，程序可能进入死循环，立刻报警。
3.4.3消抖
在PLC控制系统周围，一些行程开关或按钮在运行可能因为抖动而产生误信号，可针对其抖动时间短的特征，可在PLC控制系统内部的计时器设计一定时间的延时，得到消除抖动后的可靠有效信号抑制干扰。
4结束语
总之，PLC控制系统中受干扰情况复杂，在采取抗干扰措施时必须对其自身抗干扰能力、行的环境、受干扰的性质等各方面的因素综合考虑，多方配合，合理而有效地抑制干扰信号，才能有效地增强系统的抗干扰能力。 |
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