PLC应用中的抗干扰技术

PLC在工业生产中应用广泛，但在实践中电磁干扰成了一重大难题，本文就干扰技术论述如下，希望能为自动化专业人员提供参考和帮助。

抗干扰措施硬件方面采取了屏蔽、隔离、滤波、联锁、诊断电路等措施。软件方面采取了故障诊断、信息的保护和恢复、软件诊断CPU故障、使用标准化软件程序，以及智能I/O接口诊断等措施。在环境比较恶劣时，为了使由PLC组成的控制系统安全可靠地工作，对电磁干扰的抑制问题必须足够的重视。下面，我们就简要介绍主要的抗干扰措施。

一、抑制干扰源措施

对PLC来说，电磁干扰源主要有供电电源干扰、断开感性负载时产生的脉冲干扰、晶闸管整流装置等产生的高频干扰以及静电放电干扰等。

1.抗供电电源干扰的措施

1.1加滤波器

用于PLC系统的电源滤波器是以电源频率为通带的低涌滤波器。

1.2加隔离变压器

隔离变压器有别于普通的电源变压器，一般有恒压变压器和切断噪声变压器两种。

恒压变压器采用一个磁分路的铁芯使一次、二次间的漏感增加，这样由漏感产生的与输入电压相反的电动势可补偿输入电压的变化，使其具有较好的稳压性能，且此磁分路可用来减少分布电容，切断噪声。变压器的一次、二次绕组不能重叠在一起缠绕，它们通过铁芯发生关联，它的结构、铁芯材料、形状及线圈位置都比较特殊，是绕组和变压器整体都有屏蔽的多屏变压器。

1.3加浪涌吸收装置

在使用浪涌吸收器时应当注意，浪涌吸收器的耐压值应该在PLC标准规定范围内。

2.抗断开感性负载时产生的脉冲干扰措施

2.1继电器输出型PLC控制电感负载（如继电器、电磁阀等）时，其负载电源为直流，则可通过在负载两端并联续流二极管，RC串联支路、二极管加RC环节、电阻或二极管加稳压管的方法抑制噪声；若负载电源为交流，则可在负载两端并联RC串联支路、压敏电阻、可变电阻、硒整流片、两个对接的稳压管等。

2.2晶体管输出型PLC控制感性负载时，可通过在负载两端并联续流二极管、或二极管加稳压管的方法抑制负载断开时的脉冲干扰。

2.3双向可控硅输出型PLC控制感性负载时，可在负载两端并联RC滤波支路、硒整流片、两个对接的稳压管等。

3.抗整流器干扰的措施

晶闸管换相时会产生相对宽而深的缺口，对电网电压产生干扰；整流电流中含有丰富的高次谐波，也会使电网电压波形发生严重畸变。这些都会对PLC的工作造成干扰，主要抑制措施如下。

3.1在交流电源线间并入固定的LC串联谐振补偿装置，滤去高次谐波，LC参数的配置应满足5次、7次等谐振条件。这种方法的缺点是在整流装置不运行时，容性负载会引起电网电压的升高，应予以注意。

3.2设置线路电抗器，抑制晶闸管换相缺口对电网电压波形的影响。线路电抗器的电感量根据负载电流大小确定。

4.抗静电放电干扰的措施

静电放电噪声是一种脉冲干扰，尽管其能量小，但宽度窄，其瞬间的能量密度极有可能造成PLC的吴动作。其主要抑制措施有：提高电子设备表面的绝缘能力、尽量缩短信号线、加粗设备之间的接地线、采用高导磁材料覆盖信号回路等。

二、切断或衰减干扰耦合途径的措施

切断或衰减干扰耦合途径是PLC控制系统中非常重要的抗干扰措施，抗耦合方式划分主要有以下四种去耦措施。

1.抑制公共阻抗耦合的措施

导线的阻抗通常是耦合阻抗，其大小与导线的铺设有很大关系，电路或系统设计时必须先考虑抗干扰措施。主要有：

1.1尽量缩短公共阻抗部分的导线长度，减小来回线间的距离及采用直线布线方式等，用以减小导线的电感。

1.2采取增大导线截面，减小接触电阻等措施减小导线的电阻。

1.3机柜接地与系统接地分开设置。

1.4采用继电器、光电耦合器、变压器等电隔离器件实现电位隔离。

2.抑制电容性耦合的措施

为了抑制和避免电容性干扰，在设计PLC控制系统时，要求干扰源的电气参数应使电压变化幅度和变化速率尽可能减小；扰系统应尽可能设计成低电阻及高信噪比系统，且其结构应尽量紧促，并彼此在空间上相互隔离。

2.1为减小耦合电容，在配线时，应使导线尽量短些，并尽量避免平行走线；信号线必须与电源线分开敷设；弱电线与强电线分别安排在不同线槽内等。

2.2通过电气屏蔽抑制干扰源的干扰电场的作用。

2.3将耦合电容彼此电气对称平衡地连接，可以抵消耦合的干扰作用。

3.抑制电感性干扰的措施

主要有三种方法。

3.1减小系统各部分之间的互感。主要措施有减小系统各单元耦合部分（主要是电线电缆）的间距、导线尽量短、避免平行走线、采用双绞线以缩小电流回路所围成的面积等。

3.2对干扰对象或干扰源设置磁屏蔽，以抑制干扰电场。主要有静态磁屏蔽和涡流屏蔽等措施。静态磁屏蔽主要用于低频段，屏蔽对象用一个尽可能密闭的铁磁性外壳罩起；涡流屏蔽用在高频段，它是利用非磁性或弱磁性物质中的涡流效应对交变磁场进行屏蔽。

3.3采用结构屏蔽措施：如导线垂直交叉敷设，或采用双绞线结构等，使耦合的干扰信号最小，或彼此抵消。

4.抑制波阻抗耦合的干扰措施

波阻抗耦合分为传导波耦合和辐射波耦合两种形式。对于传导波耦合，可通过强电线与弱电线分开敷设，使用双绞线或同轴电缆等措施加以抑制；对于辐射波干扰，通常采用在干扰源和干扰对象间插入金属屏蔽物的方式来抑制。

三、软件抗干扰措施

所谓软件抗干扰措施就是通过程序设计手段来排除电磁干扰可能造成的PLC误动作。这里仅举几个简单的例子加以说明。

1.触点抖动的消除

对于外部输入设备可能产生的触点抖动，如按钮、继电器、传感器等的输入信号，可通过延时加以消除；对一些可持续一定时间的脉冲干扰，也可以采取这种办法加以消除。

在选择时间设定值时，应使其大于触点抖动间隔时间或干扰脉冲持续时间。

2.可测干扰信号的抑制

对于可通过一定办法测出的短时干扰信号，如大电感负载断开时产生的干扰信号，可通过检测设备将干扰信号产生的时间由接点的方式通知PLC，然后由PLC的JMP/JME指令屏蔽输入信号，即有干扰信号作用这段时间，不采集输入信号。

3.漏扫描检测

在编制应用程序时，可将程序分成若干段，在每段程序的尾部加一个段检查节点。当每次扫描过后，如果各段程序均已被扫描，则给出一个正确信号，继续执行程序指令；如果有某段漏扫描，则发出警告信号并进行预先规定的处理。

4.互锁诊断

继电器、接触器等动合、动断触点，不论其动作与否，总是呈互锁状态，即一对闭合，一对断开。若同时闭合或断开则为故障状态，必须加以妥善处理。

在进行故障诊断时，对可以预测的干扰信号，总可以找到解决的办法。但有些干扰信号造成的故障则很难事先预知，这就要求在软件及硬件设计时，全面考虑系统的抗干扰措施。同时还要考虑到，软件控制的PLC系统中，由于软件与硬件的相互作用，有些故障很难判断出到底是由硬件引起的还是软件引起的，也就是说，在利用软件容错和冗余技术进行抗干扰时，软件和硬件故障必须结合起来考虑。有些硬件故障可以通过软件发现并自动采取修复及补救措施。有时有用硬件来监视软件工作的准确性。把PLC的软、硬件结合起来处理电磁干扰问题，是PLC系统的优越性之一。

总之，要设计一个在所有可能的条件下都能可靠地工作的PLC系统，必须充分考虑PLC的软件和硬件方法，不仅要满足系统的工艺要求，还要适应系统的环境要求，尤其是电磁环境的要求。