对PLC抗干扰的探讨

摘要：如今PLC已经广泛应用于机械、冶金、化工、汽车、轻工等行业中，已基本取代了传统的继电器和接触器的逻辑控制。用PLC来控制系统设备，其工作的可靠性要比单纯继电器和接触器控制大大提高。本文就如何提高PLC控制系统的工作性能进行一番论述。

关键词：PLC；抗干扰；探讨

Abstract: Now PLC has been widely used in machinery, metallurgy, chemical industry, automobile, light industry and other industries, has replaced the traditional relay and contactor control logic. Using PLC to control the system equipment, its working reliability will greatly improve the pure relay and contactor control. This paper takes a discussion on how to improve the performance of the PLC control system.

Key words: PLC; anti-interference; explore

中图分类号：TU994

1、PLC的工作原理及运行过程

1.1PLC的工作原理

PLC采用可编程序的存储器和微机技术，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、记数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，与控制系统形成一个整体，实现各种类型的控制过程，从实质上讲就是一种专用计算机。在其3个组成部分中，输入、输出部分主要用于收集提供数据和消息；逻辑部分主要完成对信息的处理和判断。编程时，首先利用编程器或人机界面键入用户开发的程序和数据，微处理器CPU按照系统程序赋予的功能接受并存储这些指令或代码，用扫描的方式接收现场输入装置的状态和数据，并存入数据寄存器中，诊断电源、PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误等。PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令规定的任务产生相应的控制信号，去开启关闭相关的控制门电路，分时、分渠道执行数据的存取、传递、组合、比较和变换动作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算等任务，根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出状态寄存器表的内容，再由输出状态表的位状态或数据寄存器的有关内容，实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。

1.2基本结构

PLC在设备选型时采用具有DDC功能和自适应模式的配置。控制器采用ZILOG的Z280/16位CPU，20MHz时钟频率，256Kb内存容量，184Kb操作系统存储器，56KbRAM容量，40Kb用户程序空间。I/O模块与控制器之间通过P-bus总线进行数据交换，人机界面采用Rs232接口。是一个实时、多任务、多用户的操作系统，具备自我诊断、报警等多种功能。能够接受0V-10VDC或4mA-20mA的模拟量输入，然后进行PID运算并将PID运算的结果以模拟量的形式输出。

二、从PLC的设备来考虑提高PLC的性能

PLC是专门为工业生产环境而设计的控制设备。当工作环境较为恶劣，如电磁干扰较强、湿度高、电源、输入和输出电路等易受到干扰时，会使控制系统的可靠性受到影响。

1、工作环境的要求

除了为特殊工作环境而设计的PLC外，一般PLC工作的环境温度应在0～55℃的范围，并要避免太阳光直接照射；安装时要远离大的热源，保证足够大的散热空间和通风条件；空气的相对湿度应小于85%，不结露，以保证PLC的绝缘良好。在含有腐蚀性气体、 浓雾或粉尘的场合, 需将 PLC封闭安装。PLC应避免安装在有振动的场所；对有振动源在允许的条件下则应按照产品说明书的要求，安装减振橡胶垫或采取其他防振措施, 避免有过度的振动和冲击。

2、电源的要求

不同的PLC产品，对电源的要求也不同，这里包括电源的电压等级、频率、交流纹波系数和输入输出的供电方式等。 对电磁干扰较强、而对PLC可靠性要求又较高的场合，PLC的供电应与动力供电和控制电路供电分开；必要时，可采用带屏蔽的隔离变压器供电、串联LC滤波电路等。在设计时，外接的直流电源应采用稳压电源，供电功率应留有20%～30%的余量。对由控制器本身提供的直流电源，应了解它所能提供的最大电流，防止过电流造成设备的损坏。

3、接地和接线

（1）PLC的良好接地是正常运行的前提。在设计时，PLC的接地应与动力设备的接地分开，采用专用接地；如不能分开接地时，应采用共用接地；绝对禁止采用共通接地方法。接地点应尽可能靠近PLC，接地线的线径应大于4mm2，接地电阻一般应小于10Ω。

（2）PLC的接线包括输入接线和输出接线。输入接线的长度不宜过长，一般不大于30m；在线路距离较长时，可采用中间继电器进行信号的转换。输入接线的COM端与输出接线的COM端不能接在一起。输入接线与输出接线的电缆应分开设置。必要时，可在现场分别设置接线箱。集成电路或晶体管设备的输入信号和输出信号的接线必须采用屏蔽电缆；屏蔽层的接地端应为一点接地，接地点宜在控制器侧。

4、PLC 的输入设备

开关量输入信号, 常用的有按钮、 选择开关、 行程开关、 限位开关、 接触器或继电器的常开、 常闭触点等, 其器件质量的优劣、接线方式以及是否牢固可靠是影响控制系统可靠性的重要因素。器件触点接触要保持在良好状态, 接线要牢固可靠。设计时, 应尽量选用可靠性高的元器件。模拟量输入信号常用的有 4～20mA、0～20mA直流电流信号;0～5V、 0～10V直流电压信号。电源为直流 24V。

在布线时, PLC 的交流线与直流线应分开走线。 开关量与模拟量的输入 / 输出线也要分开敷设, 后者最好使用屏蔽线。此外 PLC 基本单元与扩展单元之间的传送信号易受干扰, 其传送电缆不能与别的线敷设在同一管道内。输入 / 输出线与系统动力线更要分开布线, 并保持一定距离。PLC 的开关量和模拟量输入信号, 由于噪声的干扰、 开关的误动作、 模拟信号误差等因素的影响, 会形成输入信号的错误, 严重时将引起程序判断失误, 造成误动作。 所以应选择可靠性高的电路设计,并在软件编程时采取措施来抑制错误信息, 提高系统的可靠性。

5、PLC 的输出电路

对于开关量输出来说, PLC 的输出有继电器输出、晶闸管输出、 晶体管输出 3 种形式, 具体选用哪种形式的输出,应根据负载要求来决定。选择不当会降低系统可靠性, 严重时可能导致系统不能正常工作。如晶闸管输出只能用于交流负载, 晶体管输出只能用于直流负载。此外, PLC 的输出端子带负载能力是有限的, 如果超过了规定的最大限值, 必须外接继电器或接触器, 才能正常工作。PLC 输出电流的额定值是与负载性质有关的。额定负载电流还与温度有关, 当工作环境温度高时, 额定负载电流相应减小。

三、PLC控制系统干扰的主要来源及途径

3.1电源的干扰。

PLC系统控制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，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、雷达等产生的，通常称为辐射干扰，若PLC系统置于所射频场内，就会收到辐射干扰，而在线路上感应电压。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、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行。

3.2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号之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，由此引起系统故障的情况也很多。

3.3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。

3.4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。

四、抗干扰的措施

4.1 电源干扰的抑制。

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。选用隔离性能较好的设备、选用优良的电源、动力线和信号线走线要更加合理等等，对电源变压器、中央处理器、编程器等主要部件，采用导电、导磁性良好的材料进行屏蔽处理，以防止外界干扰信号的影响。电源调整与保护:电源波动造成电压畸变或毛刺，将对PLC及I/O模块产生不良影响。对微处理器核心部件所需要的+5V电源采用多级滤波处理，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。尽量时电源线平行走线，时电源线对地呈低阻抗，以减少电源噪声干扰。其屏蔽层接地方式不同，对干扰抑制效果不一样，一般次级线圈不能接地。输入、输出线应用双绞线且屏蔽层应可靠接地，以抑制共摸干扰。此外可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路等。

五、结语

PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，才能够使PLC控制系统正常工作。随着PLC应用领域的不断拓宽，如何高效可靠的使用PLC也成为其发展的重要因素。在不久的将来，PLC会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，通过完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越大的作用。