浅析PLC控制系统的抗干扰问题

摘 要：PLC控制系统的可靠性将直接影响到工业生产的安全经济运行，PLC系统的抗干扰能力是关系到整个系统能否安全运行的关键。本文着重就提出主要抗干扰措施。

关键词：干扰；辐射；接地

一、电磁干扰源及对PLC系统的干扰

1、 干扰源及一般分类

影响PLC控制系统的干扰源，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压叠加形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏。这种共模干扰可为直流，也可为交流，属于非对称性干扰。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要是由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

2、PLC控制系统中电磁干扰的主要来源

2.1 电源干扰

PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，刀开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。

2.2 控制柜内干扰

控制柜内的高压电器，大的电感性负载，混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。来自信号线引入的干扰与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。

2.3 来自接地系统混乱的干扰

接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的最有效手段之一。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，会引入严重的干扰信号，使PLC系统无法正常工作。

2.4 变频器干扰

一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量；二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常工作。

2.5 空间的辐射干扰

空间的辐射电磁场（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、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰。若PLC系统处于所射频场内，就会受到辐射干扰，其影响主要通过两条途径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。

二、PLC控制系统的抗干扰设计

为保证PLC系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰，必须从设计阶段就采取抑制电磁干扰的三项基本原则：抑制干扰源；切断或衰减电磁干扰的传播途径；提高装置和系统的抗干扰能力。PLC控制系统的抗干扰是一个系统工程，进行具体工程的抗干扰设计时，应主要注意以下两个方面。

2.1 设备选型

在选择设备时，首先要选择有较强抗干扰能力的产品，其包括了电磁兼容性（EMC），尤其是抗外部干扰能力，如采用浮地技术、隔离性能好的PLC系统；其次还应了解生产厂给出的抗干扰指标，如共模拟制比、差模拟制比，耐压等级、允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作；另外是靠考察其在类似工作中的应用实绩。

3.2综合抗干扰设计

主要考虑来自系统外部的几种抑制措施。主要内容包括：对PLC系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰；对外引线进行隔离、滤波，特别是动力电缆，分层布置，以防通过外引线引入传导电磁干扰；正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。另外还必须利用软件手段，进一步提高系统的安全可靠性。

三、主要抗干扰措施

3.1 采用性能优良的电源 抑制电网干扰

在PLC控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源（如CPU 电源、I/O电源等）、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入。现阶段，PLC系统供电电源一般都采用隔离性能较好电源，但是对变送器的供电电源和与PLC系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没受到足够的重视。

3.2 电缆铺设的选择

为了减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆，应尽量采用铜带铠装屏蔽电力电缆，降低动力线生产的电磁干扰。不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敖设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠行敖设，以减少电磁干扰。笔者工作的新春采油厂2号燃煤注汽站在2013年发生过柱塞泵跳闸连续跳闸的问题，经检查，确定为动力电缆与信号电缆平行铺设影响所致。

3.3 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。PLC 控制系统的地线包括数字地（逻辑地） 、模拟地、信号地、交流地、直流地、屏蔽地（机壳地）等。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，它属于高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。PLC控制系统接地线一般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。用一根大截面铜母线（或绝缘电缆）连接各装置的柜体中心接地点，然后将接地母线直接连接接地极。接地线采用截面大于的铜导线，总母线使用截面大于60mm?的铜排。接地极的接地电阻应小于2Ω，接地极埋在距建筑物10米至15米的地方，而且PLC系统接地点必须与强电设备接地点相距10米以上。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，并做绝缘处理。选择适当的接地处单点接地。禁止使用串联接地方式，因为这种接地方式会产生各设备之间地电位差。