工业PLC控制系统的抗干扰问题探讨

1、    工业plc控制系统的抗干扰问题探讨    姜云摘 要：plc作为一种工业生产过程控制装置，具有体积小、功能强、适用范围广、可靠性高等优点，被广泛应用于各种工业自动控制系统中。但如果 plc的工作环境过于恶劣，如强电场、强磁场、电气设备产生的高频干扰或安装使用不当等，会直接影响整个控制系统的可靠运行，而 plc系统的抗干扰力是整个控制系统能否可靠运行的关键。为提高plc控制系统的可靠性，需要从多方面提高系统的抗干扰能力。本文将主要分析 plc 控制系统中常见的干扰源和可采用的抗干扰措施。关键词：plc；工业控制系统；抗干扰可编程控制器是以微处理器为

2、基础的通用工业控制装置，可编制器（programmable logic controller）简称为 plc，它的应用面、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一，在工业生产的所有领域得到了广泛的使用。就plc本身来说，在设计和制造过程中厂家已采取了多层次的抗干扰措施，具有一定的稳定性和可靠性，但由于plc的应用场合越来越广，应用环境越来越复杂，所受的干扰也就越来越多。因此，研究plc控制系统抗干扰信号的来源、成因及其抑制措施，对于提高plc控制系统的抗干扰能力及可靠性具有重要的意义。1影响因素1.1辐射干扰辐射电磁场主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视

3、和雷达等产生的，通常称为辐射干扰。若此时plc置于其辐射场内，其信号、数据线和电源线即可充当天线接受辐射干扰。此种干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场的大小，特别是与频率有关。1.2系统外部电源、信号线的干扰1.2.1 来自电源的干扰：plc的正常供电电源均由电网供电，因而会直接影响到plc的正常工作。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间的电磁干扰而产生持续的高频谐波干扰。1.2.2 信号线的干扰：plc控制设备的运行，总会有很多信号线的参与，然而在信号传输的过程中，除了传输有效的数据外，总会有干扰信号的侵入，此时就形成了干扰。此干扰主要有两种途径：一是变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源

4、干扰，这往往被忽略；二是信号线上的外部感应干扰，其中静电放电、 脉冲电场及切换电压为主要干扰来源。1.2.3 不规范接地的干扰：plc控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。而不规范的接地就有可能对各个接地点造成不同的地电位差，引起地环路电流以及信号工模干扰，影响系统正常工作。1.2.4 来自相邻变频器的干扰：在plc的实际应用中，经常与各类型号的变频器配合使用，由plc的输出控制变频器的运行。变频器起动机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；变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响系统正常工作。2措施2.1硬件抗干扰措施2.1.1 电源的选

5、择 plc 控制系统的正常运行离不开电源部分，但同时各种供电电源也会带来电网干扰，因此给plc系统供电的交流电源要加隔离变压器。变压器的一次绕组和二次绕组之间要有接地屏蔽层，最好采用三层静电屏蔽式的隔离变压器，这样可以抑制共模干扰。单层静电屏蔽的隔离变压器，由于二次绕组与屏蔽层有寄生电容存在，不能解决工频干扰的影响，而采用双层屏蔽的隔离变压器则能抑制工频干扰。2.1.2 系统的正确接地 plc控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。良好的接地既保证了系统安全运行，又可以抑制干扰。而在实际操作中往往由于接地点出现问题，从而影响了系统的正常工作。具体来说，plc系统的接地包括以下几种：

6、（1）安全地或电源接地，即将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。（2）系统接地。这种接地方式是plc控制器为了与所控各个设备同电位而进行的接地。一般需将plc设备系统地和控制柜内开关电源负极接在一起，作为控制系统地。（3）信号与屏蔽接地。一般要求信号线要有唯一的参考地，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室唯一接地。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；否则应在plc侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，避免多点接地。2.1.3 防止外部配线干扰 为了防止外部配线的干扰，配线时应注意以下几点：（1）交流输入/输出信号与直流输入/输出信号分别使用各自的电

7、缆；超过三十米的长距离配线时，输入和输出信号线分别使用各自的电缆；输入/输出信号线与高电压、大电流的动力线要分开配线。（ 2 ）集成电路或晶体管设备的输入/输出信号线，必须使用屏蔽电缆。（3）远距离配线有感应电压或干扰时，或铺设电缆有困难、费用较大时，可采用远程i / o控制系统 。2.2 软件抗干扰措施在复杂的工业生产环境下，硬件抗干扰措施虽然能切断很多干扰源进入plc控制系统，但无法避免一些随机出现的干扰。 因此，可以借助一些软件手段进一步完善系统的抗干扰措施。2.2.1 加強系统的故障检测 plc本身有很完善的自诊断功能，出现故障时可以借助一些自诊断程序查找故障原因。机械设备的动作时间一

8、般是不变的，可以以这些时间为参考，当plc发出控制信号，在执行相应机械动作的同时，启动一个定时器，如果时间到，plc还没有收到执行机构动作结束信号，则启动报警。另外，由于电磁干扰、噪声，模拟信号误差等因素的影响，会引起输入信号的错误，造成程序判断失误。如按钮的抖动，继电器触点的瞬间跳动都会引起系统误动作，可以利用plc内部计时器经过一定时间的延时，得到消除抖动后的可靠信号。2.2.2 提高输入信号的信噪比 信噪比较低的模拟量信号常常会因为现场的瞬时干扰而产生较大波动。若进行控制计算时只取瞬时采样值则会引起较大误差，为此可以采用数字滤波方法。可以将模拟量信号经过a/d转换后得到的数字信号按时间序列进行保存，再利用数字滤波程序对其进行处理，滤去噪声部分，得到有用信号。对于过程控制中常常出现的流量、压力，温度等参数，可以对输入信号取多次采样值的平均值来代替当前值，采样间隔和采样次数可以根据a/d转换时间和该信号的变化频率而定。结语 随着plc技术的发展，其功能日趋完善，但是由于plc的工作环境往往较为恶劣，会受到各种现场干扰信号的影响。尽管plc本身的可靠性很高，仍然需要重视抗干扰问题，只有合理有效地抑制干扰，才能确保整个plc控制系统正常工作。参考文献：1张艳梅.plc控制系统的电磁干扰来源和抗干扰设计j.科技创新与应用，2016（26