可编程控制器的干扰和预防

　　摘要：随着自动化控制技术的不断发展，可编程控制器(PLC)在工业生产中的应用越来越广泛。自控系统的运行状况直接影响到生产运行的连续性和企业的经济效益。系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。

　　关键词：可编程控制器;抗干扰

　　Abstract: With the continuous development of automatic control technology, the programmable logic controller (PLC) is more widely used in industrial production. The automatic control system was directly impact on the continuity of the production run and the economic efficiency of enterprises. Anti-jamming capability of the system is the key to the reliable operation of the entire system.

　　Key words: PLC; anti-jamming

　　中图分类号：TP342+.3 文献标识码：A 文章编号：A

　　自控系统所使用的各种型号PLC中，一般都是CPU中央控制单元集中安装在控制室，其他扩展机架安装在生产现场和控制设备附近，通过通讯电缆连接组成一个完整的控制系统。通讯电缆就不可避免的处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。干扰就成为一个不可忽视的问题。

　　1. 电磁干扰类型及其影响

　　影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是干扰源。

　　干扰类型通常按干扰产生的原因、干扰发生频率和干扰模式来划分。按干扰产生的原因不同，分为放电干扰、浪涌干扰、高频振荡干扰等;按干扰发生频率不同，可分为持续干扰、周期干扰、突发发干扰等;按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。

　　共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的同方向电压迭加所形成。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

　　2. 电磁干扰的主要来源

　　2.1 来自空间的辐射干扰

　　空间辐射电磁场(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、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于其射频场内，就会受到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰;二是对PLC通信网络的辐射，由通信线路感应引入干扰，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

　　2.2 来自系统外引线的干扰

　　主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较为严重，主要有下面三类：

　　第一类是来自电源的干扰。PLC系统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而在线路上感应电压和电流，尤其是电网内部的变化、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。

　　第二类是来自信号线引入的干扰。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息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这种往往非常严重。

　　第三类是来自接地系统混乱的干扰。接地是提高电子设备电磁兼容性的有效手段之一，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系统无法正常工作。

　　此外，屏蔽层、接地线和大地可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱或死机。

　　2.3 来自PLC系统内部的干扰

　　主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射、模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂家对系统内部进行电磁兼容设计的内容，因此用户要选择技术成熟、性能优良的设备。

　　3. 抗干扰设计

　　为了保证系统在工业电磁环境中免受或少受内外电磁干扰，必须从设计阶段开始便采取三个方面抑制措施：抑制干扰源、切断或衰减干扰的途径、提高设备的抗干扰能力。这三点就是抑制电磁干扰的基本原则。

　　PLC控制系统的抗干扰是一个系统工程，要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰能力的产品，且有赖于使用部门在工程设计、安装施工和运行维护中予以全面考虑，才能保证系统的电磁兼容性和运行可靠性。进行具体工程的抗干扰设计时，应主要注意以下两个方面。

　　3.1 设备选型

　　在选择设备时，首先要选择有较高抗干扰能力的产品，其包括了电磁兼容性，尤其是抗外部干扰能力;其次还应了解生产厂家给出的抗干扰指标，如共模抑制比、允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作等;另外是靠考查其在类似工作中的应用实绩。

　　3.2 综合抗干扰设计

　　主要考虑来自系统外部的几种抑制措施，内容包括：对PLC系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰;对外引线进行隔离、滤波，特别是动力电缆应分层布置;正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。

　　4. 主要抗干扰措施

　　4.1 采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰

　　在PLC控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源(如CPU电源、I/O电源等)、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在对于PLC系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好的电源，却忽视了对于变送器供电电源以及和PLC系统有直接电气连接的仪表供电电源。所以对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大的配电器，以减少PLC系统的干扰。此外，在线式不间断供电电源也具有较强的干扰隔离性能，是PLC控制系统的理想电源。

　　4.2 正确选择电缆的和实施敷设

　　不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敷设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号;避免信号线与动力电缆靠近平行敷设，以减少电磁干扰。金属走线槽和金属穿线管可以用作信号线的外屏蔽层，但应至少两端接地。

　　4.3 硬件滤波及软件抗干扰措施

　　信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰;在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。

　　由于电磁干扰的复杂性，要根本消除干扰影响是不可能的，因此在PLC控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理。

　　4.4 完善接地系统

　　接地的目的通常有两个，一为了保护人身、设备安全;二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

　　总之，在工程的设计阶段考虑干扰的抑制问题，可用的方法很多而且非常直接有效，价格也低廉;如果等到系统运行后发现问题再去解决，那就要花费更多的精力和时间，而且有可能会无法彻底消除。

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文章名称： 可编程控制器的干扰和预防

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