简谈PLC控制系统抗干扰方法
摘要：针对PLC控制系统的特点，从硬件设备本身、电源、端子、接地、软件编程等环节探讨PLC控制系统抗干扰性的方法，阐述提高控制系统可靠性的几种主要措施。
关键词：PLC控制系统；干扰；改进；措施
中图分类号：TP391.8 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 19-0000-02
Brief Talking about PLC Control System Anti-interference Method
Zou Xuan
(School of Electrical Engineering and Automation,Xuzhou Normal University,Xuzhou221000,China)
Abstract:According to the characteristic of PLC control system,from the hardware itself,power supply,terminals,ground,software programming such as link of PLC control system anti interference and methods of improving the reliability of the control system,expounds some main measures.
Keywords:PLC control system;Interference;Improvements;Measures
一、引言
在现代化的生产过程控制中，相当大的一部分采用的是PLC控制，原因是PLC控制系统具有高速计数，中断技术，PID（比例，积分，微分）控制等功能，联网通信能力也得到了加强，这些都使得可编程序控制器的应用范围不断扩大。在工厂自动化程度飞速提高的现代。PLC的多功能为工业控制打开了方便之门。同时PLC控制系统本身设计也是为应对复杂的工业现场环境，因此广受各类现代工厂的喜爱。但是各类工厂生产环境不同，不同地区温度湿度等气候条件复杂多变。这些都是影响PLC控制系统可靠性的因素。而PLC控制系统的可靠性直接影响到工厂的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。要提高PLC控制系统的可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求工程设计，安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。
经实践验证，PLC控制系统故障95%来自生产现场设备，仅5%来自PLC控制器本身。由此可见，PLC控制系统稳定性的提高措施要着重于其外部设备。
二、干扰产生原因
干扰噪声是指有用信号以外的噪声或造成设备或系统运行发生故障的情况。各种干扰由一定途径才能进入到系统的易产生影响部位，其中主要的传播途径有：空间电磁噪声干扰、信号传输通道干扰、电源系统干扰和地电位波动干扰等。
（一）空间电磁噪声干扰
空间电磁噪声干扰主要指两类，一类是自然现象，如雷电，天体运动等产生的电磁场变化。一类是现代通讯设备，如广播，电视，手机以及网络无线传输信号产生的电磁干扰。
（二）传输干扰
指与系统相连接的线路干扰，主要是信号通讯线路的干扰和电源系统的干扰。
1.电源系统干扰。由于PLC一般在生产时均采用市电，而在市电电网中的其他设备采用的电力半导体器件在工作时产生的高次谐波、噪声以及振荡等会引起电网电源波形畸变，从而对PLC控制系统产生干扰。
2.信号线传输干扰。信号线传输通道干扰主要原因是信号传输通道与主机之间存在公共地线，作用方式一般为串模和共模。串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰，可能来自空间电磁场干扰，也可能直接来自信号源，直接影响控制系统精度。共模干扰是信号对地的电位差。共模电压有时较大，特别是供电所用配电器隔离性能较差时，共模电压由不对称电路转换可以变成差模电压，影响测控信号，造成系统模块元件损坏或其他元器件损坏，这种共模干扰交直流均有。
信号传输线路均连接于I/O口，解决信号传输线路的干扰可视为解决I/O端口的信号干扰问题。PLC性能优势的部分在于其I/O口，作为连接的端口，I/O口的输入输出信号直接影响了PLC系统的动作。当有噪声和干扰时，会对整个系统产生很大的影响。因此，I/O口的隔离降噪是提高PLC控制系统稳定性的重要措施。PLC在生产过程中都会采取相应的设计来达到隔离降噪的目的。在实际的工业生产中，在主机性能差不多的前提下，I/O口的质量就是衡量PLC性能的重要指标。
（三）PLC系统接地电位干扰
接地是电子设备常用提高电磁兼容性的手段，正确的方法能抑制外界信号的影响，同时保护操作人员与设备，也能使设备不发出干扰。错误的接地却会反而引入干扰信号。PLC系统中地线与地线之间存在电位差。而使用交流电源供电的系统地电位很不稳定，任意两点之间的电位差甚至能达到几十伏。
三、抗干扰方法
（一）工作环境要求
PLC技术指标规定工作环境温度为0-55℃，相对湿度为85%RH以下无结霜。安装时不要把PLC放在高温、结露、雨淋的场所，也不宜安装在多灰尘、油烟、导电多尘腐蚀性气体和可燃性气体的场所，也不要将其安装在振动、冲击强烈的地方。如果环境条件恶劣，应采取相应的通风、防尘、防振措施，一般多将其安装在控制柜内。
（二）电源干扰抑制方法
前文中提到，在市电电网中的其他设备采用的电力半导体器件在工作时产生的高次谐波、噪声以及振荡等会引起电网电源波形畸变，从而对PLC控制系统产生干扰。解决方式有如下几点：（1）一般干扰只要采用PLC控制系统单独配线的方式，将系统大负载设备如动力系统与PLC在电源上进行分离，即可有效抑制电源干扰。（2）对于干扰较严重的现象，可以采用隔离变压器进行抑制，主要作用是衰减高频信号，抑制低频信号。初次级线圈之间一般用铂箔或漆包线绕1-3层。然后屏蔽层接地。其接地方式不同，对干扰的抑制作用也不同详见图1，图a抗工频效果较差，图c接法效果好。
（三）输入输出信号抗干扰
1.PLC电源线、I/0电源线、输入信号线、输出信号线、交流线、直流线应分开布线。信号线按开关量与模拟量分类布线，而模拟量传输线，数字传输线用屏蔽线，并且要将屏蔽层接地。也可采用双绞线，因为双绞线中电流方向相反，大小相等，可将感应电流引起的噪声互相抵消。
2.输入、输出信号的防错。当输入信号源为晶体管，光电开关输出类，其在关断时会产生的漏电流较大，而PLC的输入继电器灵敏度很高，很容易形成错误信号。同样，当输出元件为双向晶闸管或晶体管，且所接外部负载较小时，也会因为漏电流，而引起微小电流负载误动，导致输入与输出信号的错误。通常的解决办法是在输入、输出端并联旁路电阻，以减小PLC输入电流和外部负载上的电流。
输入和输出端并联旁路电阻图中，旁路电阻按下式求出：
R 式中： I1—输入信号源或输出晶闸管最大漏电流；Um—输入信号电压或外部负载电压最大值； IN—输入点或外部负载的额定电流。 （四）接地 采用交流电源时，电源导线上有一段间隔会有几毫伏、甚至几伏的电压，为防止交流电对低电平信号的干扰，有以下措施，在直流信号的导线上要加隔离屏蔽；不允许信号源与交流电共用一根地线；各个接地点必须通过接地铜牌连接到一起。屏蔽地与保护地不能与其它地扭在一起，只能各自独立地接线。 在PLC控制系统中，接地形式主要有：（1）接信号地。是指输入端信号元件的地。（2）接交流地。指交流供电电源的N线。（3）接屏蔽地。专用的外壳或金属丝网为防止静电和磁场感应而设置，通过专门的铜导线将其接入地下。（4）保护地。机器设备的外壳或设备内独立器件的外壳所接的地，用于保护人身安全和防止漏电。 选择何种接地方式与信号频率有关，当频率低于1MHz时，采用一点接地；高于10MHz时，采用多点接地；而在1～10MHz之间时，根据实际情况确定。通常情况下，PLC控制系统采用一点接地，接地线截面积不能小于2mm²，接地电阻不能大于100Ω，接地线最好是专用地线。若达不到，可采用公共接地方式，但严禁采用与其他设备串联接地的方式。 （五）软件抗干扰 系统的软件可靠性主要是对错误信号的抵抗力、故障判断力及对不同环境的适应能力等。具体措施有以下几个方面来提高软件的抗干扰性。 1.计时器过滤虚假信号。PLC的响应时间很短，只有几毫秒。而外界干扰可能会产生瞬时电平变化，当超过一定阀值会使PLC输入信号错误。可以用计时器将这些瞬时信号过滤掉。 2.利用锁定逻辑，提高故障判断能力。PLC利用软件抗干扰主要是发挥PLC的存储，运算与逻辑判断能力。主要应用PLC自检功能。 对于开关输入信号量，可采用延时多次取样法。对于模拟量可以采用下列软件数字滤波技术：（1）算术平均值法，对一点数据连续采样多次，计算其平均值，以平均值作为该点的采样结果。这种方法适用于对一般的具有随机干扰信号的滤波。（2）防脉冲干扰平均值法，这种方法是先对平均值法的N个数据进行比较，去掉其中的最大值和最小值，然后计算余下的数据的算术平均值。这样既可以滤除脉冲干扰，又可以滤去小的随机干扰。（3）中值法，根据干扰造成采样数据偏大或偏小的情况，对一个采样点连续采集多个信号，并对这些采样值进行比较，取中值作为该点的采样结果。（4）一阶递推数字滩波法这种方法是利用软件完成RC低通滤波器的算法，用软件方法代替硬件RC滤波器。用软件滤波技术消除或减弱干扰信号的影响，特点是成本较低，但必须根据采集信号的类型选用合适的数字滤波方法。 四、结束语 PLC控制系统的抗干扰性问题是一项较为复杂的问题，涉及的范围很广，主要以生产工艺流程、控制理论、硬件／软件选型、仪表、传感器、信号抗干扰、接地、防雷等多方面的知识为主。还必须具备丰富的工程现场经验，才能够设计出可靠性高、实用性高的PLC控制系统。最大限度的解决PLC系统稳定问题。本文中提到的方法证明都对提高系统的可靠性起到了作用。在实际应用中只有综合考虑来自于各方面的因素，视其情况做具体分析，采取对症下药的方法，才能有效地抑制干扰，使PLC控制系统正常工作。 参考文献： [1]张家海,路明,许长青.提高控PLC系统可靠性的若干技术措施[J].三江学院学报,2006 [2]白丽莉.PLC控制系统抗干扰问题浅析[J].重工与起重技术,2006 [3]薛辉.简谈PLC控制系统在电厂应用中抗干扰的改进措施[J].新疆化工,2009 [4]李晓,沈冰泉.浅谈PLC控制系统的抗干扰[J].研究与探索,2010 [作者简介]邹绚（1989-），男，本科，徐州师范大学电气学院学生，专业电气工程及其自动化。