可靠性与抗干扰性在PLC系统设计中的应用

摘 要：PLC作为工业生产的控制装置已经很普遍了，因为它具有很多优点，比如维护方便、编程简单、体积小、可靠性高于继电器系统、通用性强等等，它是专门为工业环境下设计而产生。故在工业环境中可以直接使用。

关键词：PLC；工业生产；应用

如果说工业使用环境过于恶劣，在有高温、高湿或有强烈的电磁干扰的环境中，再有安装方法或使用不当，这都会给PLC的安全和可靠运行带来隐患。设备故障率也随之增高。所以，控制系统的可靠性与抗干扰性是PLC控制系统设计的重要问题。

1 PLC的环境适应性设计

设计一个控制系统，是要根据环境的不同，设计出能适应不同环境的控制器。首先，我们应该了解到温度、湿度、震动和冲击、空气环境等对PLC的工作可靠性的影响。

1.1 温度

如果PLC控制系统处在高温环境中，就会导致故障率增加、精度降低、寿命降低等一系列问题。相反在相对低温的环境中时，系统精度不仅会降低，回路的安全系数也变小，如果在超低温环境下，就会使控制系统的动作不正常，或产生误动作。所以，在设计一个控制系统时要不仅包含有盘、柜的冷却装置，还要有加热装置，同时要有温度传感器与之相配合；保证盘、柜体的通风、避光，以及停用时I/O模块的正常通电都能对控制系统的温度进行调节和保护。

1.2 湿度

控制器在湿度大的环境中容易引起模块内部元件结缘降低和老化；相反如果在极干燥的环境下则又容易由于静电感应而引起集成电路的损坏。故在设计控制系统时，电气盘和电气柜要有一定的密封性；在盘或柜内放置吸湿剂；在印刷电路板上刷保护层；以及在干燥环境中消除柜体静电等都能降低环境湿度对控制系统的影响。

1.3 震动与冲击

通常情况下，控制器能承受一定量的震动和冲击频率，如果超过它的承受极限时。可能引起连接接触不良、电气部件疲劳损坏、机械结构松动以及误动作等后果。所以，一般要给控制系统盘、柜加防震橡皮；将盘、柜体内的震动源移除到柜外；强固连接器、电路板或控制器等可能产生松动的部件以减少震动与冲击对控制系统的影响。

1.4 周围空气环境对控制系统可靠性的影响

控制系统周围空气中的尘埃、腐蚀性气体、导电性粉末以及有机溶剂和盐分等都会对其产生很大的不良影响。例如，控制系统的接触不良、误动作、绝缘性能变差和短路等。所以在设计时盘、柜要有较高的密封性，对印制板涂保护层都可以提高控制系统的可靠性。

2 PLC控制系统的抗干扰设计

PLC属于专用工业控制计算机，由于其工作运行时使用的多为低电压，而且工作频率比较高，工业环境中的各种干扰源都会对它造成较大的影响。所以在设计过程中考虑增加相应必要的抗干扰措施。

2.1 工业环境中的各种电源干扰源

如果在控制器使用环境中，存在各种电磁信号比较强或比较集中，比如有各种较高或高等级的电源存在的环境中时，如果能使用隔离变压器，就能抑制一定的干扰信号，但应注意：屏蔽层要可靠接地；一、二次侧连接线应使用双绞线。

交流220V控制器隔离变压器滤波器（见图1）。

设计中，先把滤波器接入电源，再将隔离变压器接入。需要注意的是，隔离变压器一次侧和二此侧要使用双绞线。

2.2 系统接地

在一个控制系统中，由于电位差引起的干扰是很常见的干扰源，如果用良好的接地就可以防止漏电流带来的感应电势，可以将电源和信号线的干扰引入大地，消灭垃圾电势，防止窜入控制信号中，造成误动作。

在接地方式中有专用接地、共用接地和共同接地。其中，专用接地就是控制器和其他接地分开单独接地。共用接地就是控制器和其他设备的各点接地一块接在接地网中的接地、共同接地就是控制器将所有接地接一起，然后单点接地。我们可以想到专用接地最好，但施工复杂不好实施，共同接地结构简单，但效果最差，这两种接地一般不使用。所以大多数情况下采用共用接地，在共用接地中要求使用截面粗，组织小的接地线连接；接地点尽量在控制器附近；且接地线要尽量避开主回路和强电回路。

2.3 控制器输入和输出信号抗干扰措施

（1）在控制器的到设备或设备到控制器的各种输入输出信号中存在这共模干扰，用模块的滤波就可以时期衰减，但是，信号线与大地间的共模干扰会在控制器内部回路产生较大的感应电动势，这成了引起控制系统不动作或误动作的主要原因，所以控制器良好接地的必要性需要引起足够的重视，抗共模干扰必须要求控制器良好接地。

输入电路中感应电动势的存在也是产生干扰信号的一个重要因素。再此我们采取将交流输入信号通过整流技术变为直流信号；或在输出端并接上浪涌吸收器等等，进一步还可以利用中继电器转换，比如在大电流场合或长距离配线时。这样可以有效消除电路中的垃圾电动势，有效增强系统的抗干扰性。

（2）在现场工业环境中如果存在感性负载和容性负载时，信号的突然断开或接通就会产生突变电流，或时在电磁接触器动作时产生突变电流和电弧，开关在从接通变成断开时或断开突然变成接通时的反应电动势等等，都能变成干扰源。

另外，在交流感性负载多的工业环境中，将RC浪涌吸收器并接在负载的两端；在直流感性负载多的工业环境中，将续流二极管VD并接在负载的两端；在通、断电路时产生干扰较大的场合，对于交流负载可使用双向晶闸管输出模块等等，都是可以防治输出信号干扰的技术和措施。

3 PLC控制系统的故障诊断

PLC控制器本身具有一定的自我检测能力，在系统运行的每个周期中都会运行自动诊断程序并做相应处理。正常情况下，PLC的自诊断包括电源检查、异常检查、报警故障检查、输入/输出检查、外部环境检查等。PLC控制系统的故障诊断功能也是对PLC控制系统的可靠性和抗干扰性的补充和检验。总之，PLC控制系统自身设计就对可靠性和抗干扰性的进行了考虑，所以在PLC控制系统设计应用的时候就要更加注重系统的可靠性和抗干扰性，在条件范围内不断提高可靠性和抗干扰性。这样才可能消除系统运行隐患，降低系统故障率。

参考文献

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