PLC控制系统干扰及抗干扰措施分析

DOI：10.16660/ki.1674-098X.2016.22.005

摘 要：PLC技术的进步推动了企业生产结构的调整及生产力的提高。结合信息化控制，调整好集约化转型是当前企业面对的重要发展路径。PLC系统具有显著优势，但其应用过程中也会出现系统干扰问题，进而影响到企业的生产作业。该文分析了PLC控制系统的各方面干扰因素，并从硬件和软件两个方面列举了抗干扰的具体措施。

关键词：PLC 控制系统 干扰 措施

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）08（a）-0005-02

目前，PLC控制系统已经在各个行业中得到了广泛应用，其良好的通用性、简单的操作性和维护性以及强大的可靠性在工业控制方面能够起到很大的作用。虽然PLC控制系统本身的可靠性就很强，但如果工作环境非常差，强电场、强磁场等会对PLC控制系统造成严重的干扰，导致系统无法正常工作。因此，在一些对可靠性要求很高的应用环境中，需要采取抗干扰措施，保证PLC控制系统的稳定运行。

1 PLC控制系统主要干扰因素

PLC控制系统在很多行业中都有大量的应用，运行环境也存在很大的差异。有些环境中存在着对PLC控制系统有较大干扰的因素。一般来说，可以将这些干扰因素归结为PLC控制系统的外部干扰，这类干扰主要是空间感应辐射干扰和系统外部接线干扰。PLC内部干扰则是系统本身出现的问题，PLC模块和I/O内部各部件和线路之间产生的电磁干扰。

（1）来自空间感应和辐射的干扰。PLC控制系统运行环境中一般都存在着大量的电场和磁场，在PLC控制系统运行过程中，会受到这些电场、磁场的持续干扰。电磁场的产生，主要来源于电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达等，如果PLC控制系统自身的屏蔽效果太差，也会产生电磁场。这类电磁场都属于辐射干扰，PLC控制系统运行环境不同，辐射干扰的成分也会存在差异。辐射干扰的分布情况非常复杂，而且一般范围都非常大，如果PLC控制系统处于辐射范围内，就会受到辐射干扰。辐射对于PLC控制系统的干扰是通过两个方面进行的，一方面是对PLC控制系统内部电路的直接辐射，发生电路感应产生磁场；另一方面是通过对PLC控制系统相关的通信网络的辐射，使通信线路发生感应，产生干扰。辐射对PLC控制系统的干扰程度是由辐射的强度和频率决定的。

（2）系统外部接线干扰。系统外部接线干扰又可以分为3种。其一，来自电源的干扰。PLC控制系统的用电一般是由电网提供，而电网的覆盖范围极其宽广，在不同的地域会受到不同的辐射干扰，这些干扰会在电网线路中引起感应电流和感应电压，进而由电网线路导入PLC控制系统，影响系统的正常工作。同时，电网线路中还接入了大量的用电设备，这些用电设备的开动和关闭都会导致电网中出现电流电压的波动，进而对PLC控制系统产生干扰。此外，电网线路难免会出现短路和断路的情况，这同样会对PLC控制系统产生干扰。目前PLC控制系统主要采用隔离电源，但是隔离效果并不明显。其二，由信号线引入的干扰。PLC控制系统与大量的信号线相连，这些信号线不仅会传输有用的信号，还会导入干扰信号。这些干扰信号一方面可以通过变送器供电电源以及共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，另一方面则由信号线的外部感应产生。信号线引入的干扰会导致I/O信号工作出现问题，严重影响测量精度，甚至会导致元器件的损坏。如果PLC控制系统的隔离性能不足，各种信号之间会互相干扰，引起总线回流，最终导致系统数据的变化、误动以及死机。其三，来自接地系统混乱的干扰。提高电子设备电磁兼容性的一个常用方法就是接地，良好的接地方法，可以有效屏蔽电磁干扰对PLC控制系统的影响，还能抑制设备向外发出的干扰；而如果接地方法不当，系统混乱，就会起到相反的作用，引入更强的干扰信号，严重影响PLC系统的正常工作。

2 PLC控制系统的抗干扰措施

2.1 硬件抗干扰措施

（1）PLC控制系统所受到的空间电磁辐射可以分为共模干扰和差模干扰。对于共模干扰，可以在干扰信号可能发生的信号线上设置共模扼流圈。差模干扰的解决措施则是使用差模干扰抑制器，差模干扰抑制器一般是由低通滤波元件构成的，最简单的差模干扰抑制器是在两根电源线之间接入一个滤波电容，形成滤波电路，这样的方法能够起到良好的抗干扰效果，即使是对高频干扰也能起到一定的抑制作用。

（2）对于系统外部接线的抗干扰措施。其一，采用良好的电源抗干扰设计。PLC控制系统的正常工作离不开电源，来自电源的干扰也是非常大量的，因此必须提高电源的抗干扰能力。PLC的外部供电最好从低压配电室的主母线排上采取专用线供电，从而减少供电线路中接入的电子设备对PLC控制系统的影响。在电源供电线路设置完毕之后，还要接入PLC控制系统的专用稳压装置，通过专用稳压装置来提高PLC控制系统电源的稳定性。在PLC控制系统电源端子前面设置一个1∶1的隔离变压器，再接入阻容吸收装置。电源线最好使用双绞线，在隔离变压器和PLC控制系统之间使用双绞线能够有效减少电源线路上的外部干扰，如果能够再在隔离变压器前面接入一个滤波器则会起到更好的作用。其二，地线连接。对PLC控制系统进行接地，可以分为工作接地和系统接地。工作接地中，PLC控制系统的控制柜要使用绝缘板与地面相互隔离。连线模拟信号的电缆屏蔽层只能在一端接地，如果两端都接地，就会在信号电缆两端存在电位差，等位电流通过屏蔽层进入模拟回路形成共模干扰。输入检测信号线的电缆屏蔽层需要在PLC控制系统的控制柜进行接地，输出控制信号线的屏蔽层则是在被控设备进行接地。通过这样的接地方式，可以消除信号传输过程中产生的大部分干扰，对于无法消除的干扰信号，可以通过电容滤波或者信号光电隔离器进行处理。PLC控制系统是高速低电平控制装置，所以其系统接地采用直接接地的方式。PLC控制系统装置之间的信号交换频率大多不超过1 MHz，因此，PLC控制系统接地线适宜使用一点接地和串联一点接地的方式。集中布置的PLC控制系统最好采用并联一点接地方式，各个装置的接地点通过专用的接地线与接地极相连。除此之外，还要对信号源进行接地，此时在信号侧设置屏蔽层，如果信号线中存在接头，则屏蔽层必须进行绝缘处理。

2.2 软件抗干扰措施

软件抗干扰措施主要是在计算机程序中应用一定的计算方法，对信号进行数学处理，从而减少甚至消除干扰信号，提高信号的可靠性。软件抗干扰能够在节约成本的同时发挥削弱干扰的作用，其原理是采用数字滤波的方法，对输入的信号进行滤波，将干扰信号滤过。随着计算机软件技术水平的提高，软件抗干扰方法的可行性也越来越高，这种低成本高效率的抗干扰方法能够得到有效应用。目前比较常用的数字滤波方法是平均值滤波、中位值滤波、限幅滤波以及惯性滤波等等。数字滤波不仅具有良好的稳定性，而且可以通过对参数的修改，灵活应对各种滤波需求。但是，在应用数字滤波进行抗干扰时，要注意回路的数量，避免因为回路数量过大，而导致处理时间大幅增加，主程序无法在执行周期内执行完毕，也就无法完成控制任务。

PLC控制系统的应用愈加广泛，其在实际工作中发挥的作用也越来越重要。对于PLC控制系统的抗干扰设计是一项至关重要的工作，在实际的工作中，有关人员要对PLC控制系统的干扰来源进行科学分析，然后采取有效的抗干扰措施。

参考文献

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