摘要：簡要分析了PLC控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中可能受到的干擾類型。從軟、硬件等方面提出了針對性的抗干擾措施，并強調(diào)了其在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用時必須全面、系統(tǒng)地考慮抗干擾機理和措施。 關(guān)鍵詞： PLC；控制系統(tǒng)；電磁兼容；抗干擾 可編程控制器PLC具有編程簡單、通用性好、功能強、易于擴展等優(yōu)點。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。PLC中采用了高集成度的微電子器件，可靠性高，但由于使用時工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的工作環(huán)境惡劣，如大功率用電設(shè)備的起動或停止引起電網(wǎng)電壓的波動形成低頻干擾和電磁輻射等惡劣電磁環(huán)境，大大降低了PLC控制系統(tǒng)的可靠性。為了確?？刂葡到y(tǒng)穩(wěn)定工作，提高可靠性，必須對系統(tǒng)采取一定的抗干擾方法和措施。 1 影響PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾類型 1.1 空間的輻射干擾 空間的輻射電磁場（EMI）主要由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備、雷電、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備、大型整流設(shè)備等產(chǎn)生，通常稱為輻射干擾，其分布極為復(fù)雜。其影響主要通過兩條途徑：一是對PLC通訊網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通訊線路的感應(yīng)引入干擾；二是直接對PLC內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾。若此時PLC置于其輻射場內(nèi)，其信號、數(shù)據(jù)線和電源線即可充當(dāng)天線接受輻射干擾。此種干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場的大小，特別是與頻率有關(guān)。 1.2 傳導(dǎo)干擾 （1）來自電源的干擾 在工業(yè)現(xiàn)場中，開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備的起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等均能在電網(wǎng)中形成脈沖干擾。PLC的正常供電電源均由電網(wǎng)供電，因而會直接影響到PLC的正常工作。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間的電磁干擾而產(chǎn)生持續(xù)的高頻諧波干擾。特別在斷開電網(wǎng)中的感性負(fù)載時產(chǎn)生的瞬時電壓峰值是額定值的幾十倍，其脈沖功率足以損壞PLC半導(dǎo)體器件，并且含有大量的諧波可以通過半導(dǎo)體線路中的分布電容、絕緣電阻等侵入邏輯電路，引起誤動作。 （2）來自信號傳輸線上的干擾 除了傳輸有效的信息外，PLC系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線總會有外部干擾信號的侵入。此干擾主要有2種途徑：① 通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串人的電網(wǎng)干擾；② 信號線上的外部感應(yīng)干擾，其中靜電放電、脈沖電場及切換電壓為主要干擾來源。由信號線引入的干擾會引起I／O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴(yán)重時將引起元器件損傷。若系統(tǒng)隔離性能較差，還將導(dǎo)致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動作甚至死機。 1.3 地電位的分布干擾 PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等。地電位的分布干擾主要是各個接地點的電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，從而引起了地環(huán)路電流，該電流可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。由于PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測量精度下降，引起對信號測 控的嚴(yán)重失真和誤動作。 1.4 PLC系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的干擾 產(chǎn)生這種干擾的主要原因是系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射。如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響；模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。 2 提高抗干擾能力的硬件措施 硬件抗干擾技術(shù)是系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)首選的措施，它能有效抑制干擾源，阻斷干擾傳輸通道。 2.1 供電電源 電源波動造成的電壓畸變或毛刺，將對PLC及I／O模塊產(chǎn)生不良影響。據(jù)統(tǒng)計分析，PLC系統(tǒng)的干擾中有70％是從電源耦合進來的。為了抑制干擾，保持電壓穩(wěn)定，常采用以下幾種抗干擾方法： （1）使用隔離變壓器衰減從電源進線的高頻干擾信號，輸入、輸出線應(yīng)用雙絞線以抑制共模干擾。其屏蔽層接地方式不同，對干擾抑制的效果也不一樣，一般做法是將初、次級屏蔽層均接地。 （2）用低通濾波器抑制高次諧波。低通濾波器的內(nèi)部電容上電感組合方式不同，其高次諧波的抑制效果也有一定區(qū)別。另外其電源輸入、輸出線應(yīng)分隔開，屏蔽層應(yīng)可靠接地。一般是在電源系統(tǒng)中既使用濾波器又使用隔離變壓器，但要注意先將濾波器接人電源再接隔離變壓器。 [align=center] 圖1 隔離變壓器供電系統(tǒng)[/align] （3）用頻譜均衡法抑制電源中的瞬變干擾。這種方法不常用，其成本較貴。 2.2 接地 良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件之一，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地線與機器的接地端相聯(lián)，基本單元必須接地，如果選用擴展單元，其接地點與基本單元接地點接在一起。為了抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC接以專用地線，接地線與動力設(shè)備（如電動機）的接地點應(yīng)分開，若達(dá)不到此要求，則可與其它設(shè)備公共接地，嚴(yán)禁與其它設(shè)備串聯(lián)接地，具體接地方式如圖2。接地電阻要小于5Ω，接地線要粗，面積要大于2平方毫米，而且接地點最好靠近PLC裝置，其間的距離要小于50米，接地線應(yīng)避開強電回路，若無法避開時，應(yīng)垂直相交，縮短平行走線的長度。 [align=center] 圖2 PLC系統(tǒng)接地方式[/align] 2.3 輸入/輸出部分 2.3.1 輸入信號的抗干擾 輸入信號的輸入線之間的差模干擾可以利用輸入模塊濾波來減小干擾，而輸入線與大地間的共模干擾可通過控制器的接地來抑制。在輸入端有感性負(fù)載時，為了防止電路信號突變而產(chǎn)生感應(yīng)電勢的影響，可采用硬件的可靠性容錯和容差設(shè)計技術(shù)，對于交流輸入信號，可在負(fù)載兩端并聯(lián)電容C和電阻R，對于直流輸入信號，可并接續(xù)流二極管D。一般負(fù)載容量在10VA以下時，應(yīng)選C為0.1μF，R為120 ，當(dāng)負(fù)載容量在10VA以上時，應(yīng)選C為0.47μF，R為47 。具體電路如圖3所示. [align=center] 圖3 輸入信號的抗干擾設(shè)計[/align] 2.3.2 輸出電路的抗干擾 對于PLC系統(tǒng)為開關(guān)量輸出，可有繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出三種形式。具體選擇要根據(jù)負(fù)載要求來決定。若負(fù)載超過了PLC的輸出能力，應(yīng)外接繼電器或接觸器，才可正常工作。 PLC輸出端子若接有感性負(fù)載，輸出信號由OFF變?yōu)镺N或從ON變?yōu)镺FF時都會有某些電量的突變而可能產(chǎn)生干擾，故應(yīng)采取相應(yīng)的保護措施，以保護PLC的輸出觸點，對于直流負(fù)載，通常是在線圈兩端并聯(lián)續(xù)流二極管D，二極管應(yīng)盡可能靠近負(fù)載，二極管可為1A的管子。對于交流負(fù)載，應(yīng)在線圈兩端并聯(lián)RC吸收電路，根據(jù)負(fù)載容量，電容可取0.1-0.47 μF，電阻可取47-120 ，且RC盡可能靠近負(fù)載。如圖4所示。 [align=center] 圖4 PLC 輸出觸點的保護[/align] 2.4 外部配線的抗干擾設(shè)計 外部配線之間存在著互感和分布電容，進行信號傳送時會產(chǎn)生竄擾。為了防止或減少外部配線的干擾，交流輸入、輸出信號與直流輸入、輸出信號應(yīng)分別使用各自的電纜。集成電路或晶體管設(shè)備的輸入、輸出信號線要使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在輸入、輸出側(cè)要懸空，而要在控制器側(cè)要接地。配線時在30米以下的短距離，直流和交流輸入、輸出信號線最好不要使用同一電纜，如果要走同一配線管時，輸入信號要使用屏蔽電纜。如圖5所示。30-300米距離的配線時，直流和交流輸出、輸入信號線要分別使用各自電纜，并且輸入信號線一定要用屏蔽線。對于300米以上長距離配線時，則可用中間繼電器轉(zhuǎn)換信號，或使用遠(yuǎn)程I/O通道。對于控制器的接地線要與電源線或動力線分開，輸入、輸出信號線要與高電壓、大電流的動力線分開配線。 [align=center] 圖 5 屏蔽電纜處理法[/align] 3 軟件抗干擾設(shè)計 盡管硬件抗干擾可濾除大部分干擾信號，但因干擾信號產(chǎn)生的原因很復(fù)雜。且具有很大的隨機性，很難保證系統(tǒng)完全不受干擾。因此往往在硬件抗干擾措施的基礎(chǔ)上．采取軟件抗干擾技術(shù)加以補充，作為硬件措施的輔助手段。軟件抗干擾方法沒計簡單、修改靈活、耗費資源少，在PLC測控系統(tǒng)中同樣獲得了廣泛的應(yīng)用。對于PLC測控裝置，其數(shù)據(jù)輸入、輸出、存儲等系統(tǒng)屬于弱電系統(tǒng)，如果工作環(huán)境中存在干擾，就有可能使數(shù)據(jù)受干擾而破壞，從而造成數(shù)據(jù)誤差、控制狀態(tài)失靈、程序狀態(tài)和某些器件的工作狀態(tài)被改變，嚴(yán)重時會使系統(tǒng)程序破壞。因此，數(shù)據(jù)抗干擾同樣十分重要。 3.1 指令重復(fù)執(zhí)行 指令重復(fù)執(zhí)行就是根據(jù)需要使作用相同的指令重復(fù)執(zhí)行多次，一般適用于開關(guān)量或數(shù)字量輸入，輸出的抗干擾。在采集某些開關(guān)量或數(shù)字量時，可重復(fù)采集多次，直到連續(xù)兩次或兩次以上的采集結(jié)果完全相同時才視為有效。若多次采集后，信號總是變化不定，可停止采集，發(fā)出報警信號。在滿足實時性要求的前提 ，如果在各次采集數(shù)守信號之間插入一段延時，數(shù)據(jù)的可靠性會更高。如果在系統(tǒng)實時性要求不是很高的情況下，其指令重復(fù)周期盡可能長些。 3.2 數(shù)字濾波 在某些信號的采集過程中，由于存在隨機干擾而可能使被測信號的隨機誤差加大。針對這種情況，可以采用數(shù)字濾波技術(shù)。該方法具有可靠性高和穩(wěn)定性好的特點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)計算機測控系統(tǒng)中。此外，數(shù)字濾波的常用方法還有：程序判斷濾波法、中值濾波法、算術(shù)平均濾波法、遞推平均濾波法等。 4 結(jié)語 隨著PLC應(yīng)用范圍的逐漸擴大，加之系統(tǒng)惡劣的工作環(huán)境，它所要克服的干擾就會越來越多，因此研究PLC系統(tǒng)的抗干擾問題就變得越來越重要。只有對工作環(huán)境作全面的分析，確定干擾性質(zhì)，并采取相應(yīng)的抗干擾措施，才能保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定地工作。