浅谈PLC现场总线的干扰分析及措施

摘 要：随着社会经济的迅速发展，PLC控制系统及现场总线技术的使用，使得过程控

制领域发生了巨大的变革。然而在实际应用的过程中，基于相关因素的影响，以至于 PLC

控制系统的稳定性得不到有效的落实。在此，本文针对 PLC 控制系统现场总线的干扰因素

及其对策，做以下论述。

关键词：PLC 现场总线干扰因素完善途径

中图分类号：TN972文献标识码： A

PLC 的现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与 PLC 装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线，主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。PLC 及现场总技术在使用的过程中，够通过自身的优势，将自动控制、计算机及通信技术融合在一起，因其开放性、对现场环境的适应性、良好的拓展性及简单方便的安装、维护方法在工业领域得到了大量的应用。实际生产中 , 干扰对自控系统产生的影响是不可回避的问题。现场总线控制系统处在复杂的现场环境中 ,不可避免地也要受到各种干扰 , 干扰在影响整个控制系统的同时，还会造成一定的设备故障及安全事故。因此 , 提高现场总线的抗干扰能力 , 是控制系统高效运行的重要因素。在此，本文从影响 PLC 及现场总线控制系统稳定性的主要因素以及提高系统抗干扰能力所采取的措施两个方面出发，针对 PLC 现场总线控制系统使用中存在的相关问题，做以下分析：

一、影响 现场总线系统稳定性的主要因素在 PLC 控制系统中，自身的装置是

十分可靠的，对其进行干扰的主要是外部环节及内部硬件配置不当造成的。一旦 PLC 控制系统受到干扰，则会直接造成内部信息破坏，导致控制系统出现混乱、执行机构错误及网络故障出现，而科技天地73INTELLIGENCE现场总线受到干扰，会使得与 PLC 通信终断，系统工作异常，在影响设备正常运用的同时，还对整个系统造成极大的破坏。PLC 及现场总线系统稳定性的主要影响因素，主要包括以下几个方面：

（一）由导线引入的传导干扰

在 PLC 控制系统使用的过程中，多数不稳定因素的根源是由电源引入的。PLC 控制系统在使用的过程中，一般由相应的电网进行供电，一旦电网内部发生加大的变化，大开关操作浪涌、大型电动机设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。再通过电源变压器的初级耦合到次级，形成对控制系统的干扰。虽然 PLC 控制系统使用的是隔离电源，然而由于受整个控制机制及制造工艺因素的影响，导致 PLC 控制系统在使用的过程中，无法取得理想的隔离性能。与 PLC 控制系统连接的各类信号传输线，通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽略；但这种信号引入干扰会引起现场总线通信的中断、I/O 信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信间互相干扰，造成逻辑数据变化、误动和死机。

（二）通过空间以辐射或感应传入的辐射干扰现场总线控制系统，除了由导线引入的传导干扰外，变压器、MCC 柜、电力电缆和动力设备。这些设备均为工频 , 频率较低 , 干扰一般发生在近场 ,而近场中随着干扰源的特性不同 , 电场分量和磁场分量有很大差别。特别是动力设备启动时 , 瞬间电流能够达到额定电流的 6~1 倍 , 会产生大电流冲击的暂态干扰。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、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径；一是直接对PLC 内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC 通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置

屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。

（三）接地系统的干扰

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。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，当发生异常状态如雷击时，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，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， 所产生的地环流就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。

二、提高系统稳定性和抗干扰能力

所采取的措施

在 PLC 控制系统使用的过程中，要想从根本上提高系统的稳定性及抗干扰能力，就必须在原有的基础上采取相应的措施，在提高 PLC 控制系统工作效率的同时，还能推动我国工业化的发展。在提高系统稳定性及抗干扰能力的过程中，主要包括以下措施：

（一）隔离电源，提高抗干扰能力PLC 系统在受到电源干扰的过程

中，可在 PLC 的交流电源输入端接上隔离变压器和低通滤波器，；同时也可以根据情况，将两者与铁芯紧绑在一起，以此来提高抗高频共模的干扰能力。在其隔离的过程中，因而在使用的过程中最好使用持续供电的 UPS 电源。

（二）使用屏蔽电缆或光缆传输信号现场总线的稳定工作与信号传输的速率、总线的长度以及总线上连接的节点数量由相当密切地关系，工作频越高、总线长度越长，其抗干扰能力越

低、遭受干扰的可能性就越高。现场总线屏蔽的机理 , 一是外来电磁波在金属表面产生涡流 , 从而抵消原来的磁场 ; 二是电磁波在金属表面产生反射损耗 , 另一部分透射波在金属屏蔽层内传播过程中 , 衰减产生吸收损耗。现场总线的屏蔽是利用由导电材料制成

的屏蔽并结合接地 , 来切断干扰源。在现场总线传输速度高传输距离远干扰大的情况下 , 尽可能地采用光缆。采用光缆后 , 有效解决了辐射扰和传导干扰的众多问题。若在不共地两点之间 , 或者在接地状况很不好的情况下 , 采用光缆传输现场总线信号 , 可有效防止接地环流等干扰。特别是纸机控制系统与纸机传动 MCC 之间 , 容易存在接地电位差 , 或接地环流 , 要特别注意 , 选用光缆优于选用双绞线。

（三）合理布线与安装

在提高系统稳定性和抗干扰能力的过程中，合理布线与安装，不仅能从根本上避免外界信号的非法侵入，同时还能避免不必要的辐射与干扰。在施工过程中，宜采用双层桥架，将现场总线电缆单独铺设，避免与动力电缆混合交叉。尤其对于变频设备，定可能采用变频电缆。双层桥架可以将 PLC 系统的信号线、弱电控制线与强电控制线分开，将静电与电磁感应降到最低，避免其对PLC 系统造成影响。

（四）完善接地系统

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，它属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。接地极的接地电阻小于 2Ω，接地极最好埋在距建筑物 10 ～ 15m 远处，而且 PLC 系统接地点必须与强电设备接地点相距 10m 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，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接地。

三、总结

综上所述，提高 PLC 现场总线控制系统的可靠性与抗干扰能力，不仅能提高 PLC 控制系统的工作效率，同时还能避免不良信号对 PLC 控制程序造成破坏。由此就需要相关人员在使用 PLC 控制程序的过程中，能够适时地采取相应的保护措施，可通过使用隔离电源、安装网络中继器、通讯电缆安装的规范化、确保良好的接地等方法来保证网络通讯正常，在确保 PLC 控制系统顺利运行的同时，推动我国工业化的发展。

作者简介：高长伟，1984-9，男，汉，内蒙古包头市，内蒙古包钢钢联股份有限公司巴润矿业分公司，本科，机械设计制造及其自动化.