试论PLC―变频器控制系统的抗干扰

摘 要 文章首先针对供电网络的抗谐波干扰进行了分析，进而针对信号线的干扰以及接地时可能存在的干扰及对应解决措施进行了叙述，最后针对变频器产生的谐波对电动机造成的干扰及对应解决措施进行了阐述。

【关键词】PLC 变频器 控制系统 抗干扰

PLC-变频器这一控制系统具有效率高、控制灵活、节能效果好等特点，因此被广泛应用于众多工程项目的电气自动化设施中。但变频器、PLC以及传感器等电气设备在进行通信的工作状态下会因为错误代码而执行错误的操作，此外还会出现耗能增加以及电动机振动等问题。以上这些问题的出现严重威胁着整个电气系统的正常运行和使用，究其原因，是因为运行过程中出现的各种干扰导致的，有效地去除这些干扰能够保证整个系统的正常进行。

1 供电网络的抗谐波干扰

1.1 滤波

在变频器上加装LC滤波器可以实现滤波干扰的有效去除，在选择滤波器时主要是根据谐波的次数来确定的，当受到谐波干扰比较严重的情况下，可以在变频器和PLC的电源线处加装电源线的滤波器。在使用滤波器进行谐波的去除时需要注意，将滤波器尽可能地安装在离电源入口处近的位置，这样去除的效果会更好。在进行滤波器输入端和输出端位置的安排时，需要尽可能地保证两者之间处于一个合适的位置，这样可以有效避免信号从一端至另一端的直接耦合输出。另外，在进行滤波器的接地时应该尽可能地靠近所用设备的接地位置。

1.2 电气隔离

为了切断传导过程中存在的各种干扰，经常在变频器和PLC上安装隔离的变压器来实现和供电电源之间的有效隔离。这其中，为了保证变压器本身的耦合电容不会传导高频的干扰，在选择变压器时应该尽可能地使用带有屏蔽层的，另外，屏蔽层要保证准确接地。

2 信号线的干扰

PLC需要接收来自现场的一些控制信号，同时又需要将输出的信号传送给变频装置，在这一过程中就会出现一些对信号线产生的干扰。通常情况下，由于信号线之间的距离非常近，这些干扰会通过电感和电容产生磁场的耦合干扰和电场，这两种干扰也被称作为感性耦合干扰和容性耦合干扰。随着导线之间距离的缩短，磁通量的密度和电容会随之增大，相应的磁场和电场耦合的干扰性也会越来越强，实现对这种干扰最好的办法就是远离。在实际的电气工程开展过程中，工作人员为了节省施工的空间，通常将导线布置在相对较近的范围，这就情况就非常容易出现干扰，采用双绞线和屏蔽线是两种去除干扰的有效方法。但需要注意的是：不同的干扰通常要采取不同的接地，同时还要避免共模干扰的产生。

2.1 屏蔽线

屏蔽线除了能抑制电场的干扰之外，还能够抑制磁场的干扰，这主要是根据其接地方式的不同决定的。以单端接地的方式为例，由于两端电流的方向正好相反，其产生的磁场干扰呈现出相互抵消的态势，这样就能够抑制磁场的耦合干扰。而采用屏蔽层悬浮的方式就没有这种抗干扰能力。

在使用屏蔽线去干扰时，需要满足以下两点：第一，屏蔽线的芯线不能过长，同时也不能过短，否则就会使屏蔽层的保护效果得到最大程度地削弱，还会造成电场屏蔽的效能下降。第二，被屏蔽层处的导线和屏蔽层不能相互分开，屏蔽层不能在接地时发生扭曲，这会使扭曲的屏蔽层处出现寄生电感，会对屏蔽效果产生不良的影响。

2.2 双绞线

双绞线的扭环周围会产生电动势，而相邻两个扭环产生的电势是相反的，起到了抵消的效果，因此会对电磁的干扰产生抑制的效果。双绞线接地时，对电磁干扰的抑制效果会随着接地方式的变化而发生改变。采用两端接地的形式会因为信号阻抗与地线阻抗相互不对称产生地环电流，这会造成双绞线中的电流处于一个不平衡的状态，这在一定程度上会减轻其对磁场的抗干扰能力。

3 接地的干扰

在电控系统中，除了要保证人身和设备的安全而进行的接地操作之外，还需要进行防电磁干扰和确保系统正常运转的接地，如果接地的效果不好，就很容易造成共模干扰的问题出现。下图就是产生共模干扰的一种情况，这种情况就是因为接地处理不当产生的。其中，变频器的输出电压会产生共模电流，电流会通过电动机内部的电容以及电缆使这两种情况产生的电容进入到PE线中，不同的PE线会出现共模噪声电压[3]。以下图A、B、C三点间为例，这其中产生的共模噪声电压会影响到变频器和PLC之间的操作。

接地操作本身是一项复杂的工作，需要电气工作人员根据具体情况来决定所要采用的接地方案，确保整个系统的正常运行。

4 变频器产生的谐波对电动机造成的干扰

在理想状态下，变频器的最大工作频率可以达到15千赫兹之多，其中，电压的变化率非常大，变频器产生的谐波可以造成电动机机体温度的提升，同时还可能产生因振动脉而出现的应力，这种应力如果过大就会造成电动机内部构件的损坏。对于这种谐波干扰，可以通过以下几种方式进行抑制：

（1）加输出电抗器。在电动机和变频器中间添加一个输出电抗器就能够有效避免电动机的损坏以及过早老化，这主要是因为输出电抗器能够有效减小值。

（2）在电动机、变频器以及电源中间使用铠装的电缆或是以穿管形式敷设的电缆，这种方法同样能够有效减少辐射带来的干扰。其中，铠装的电缆要保证其铠装层原封不动地进行接地，保证电缆的伸直，避免出现扭曲或打成结的情况出现，这样能够有效避免寄生电感的产生。在进行接地操作时，变频器要使用专门的地线进行接地操作，这种地线具有短粗的特点。

综上，以上就是PLC-变频器这一控制系统在遇到多种干扰时的对应解决措施，希望能为电气从业人员提供一定的参考。

参考文献

[1]张壹.浅谈PLC控制系统的抗干扰设计[J].商场现代化，2007（11）.

[2]段苏振.提高PLC控制系统可靠性的设计因素[J].电气传动，2003（05）.

[3]PLC-变频器控制系统典型故障分析[J].交通标准化，2011（16）.

作者单位

保定天威新域科技发展有限公司 河北省保定市 071000