PLC控制系统在工业应用中的抗干扰分析

1、PLC控制系统在工业应用中的抗干扰分析        可编程控制器(PLC)是专为工业控制设计的，具有可靠性高、功能全、价格便宜的优点；但在实际应用中，因工业现场情况复杂，PLC常常受到恶劣的电磁干扰。为了有效地提高PLC控制系统的抗干扰性能力，对常见的干扰提出以下解决措施和方法。    1 空间辐射干扰        主要指雷电、雷达、周围的高频感应加热设备等产生的空间辐射电干扰。对此类干扰，一般无法对于扰源进行抑

2、制，只能切断或减弱电磁干扰的传播途径。在室外应用PLC或有传输线经过室外时，由雷击引起的浪涌使PLC或其他自动化设备损坏的情况比较常见。在实践中，可以采用等电位联结、屏蔽、保护隔离、合理布线和装设防雷装置等措施，进行全方位的防雷保护。其中最简便、经济的措施是装设防雷装置。防雷装置能处理雷电浪涌电流的承受和泄放能力，同时限制被保护设备雷电过电压幅值，有效地对PLC及其相关设备起到保护作用。防雷装置应依据分级保护原则，根据不同的电源制式及现场情况进行选型，使过电压降低到对设备无害的量值。其工作电压以安装在此电路中所有部件的额定电压为准，剩余电压则根据此电路中所有部件的耐压强度确定。 &#

3、160;  2 电源的干扰        由电源引入的干扰在工业现场较为常见。控制系统一般由电网电源供电，电网的波动、大功率用电设备启停、交直流传动装置引起的谐波等，都通过输电线路传到电源原边。电源干扰主要来自两个方面：一是通过PLC系统的供电电源直接串入，如CPU电源、IO模块电源等；二是通过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。        抑制电源干扰一般可采取如下措施：  

4、      PLC电源通常采用隔离电源。但因其结构及制造工艺等因素使其隔离效果并不理想，故在PLC电源输入端使用隔离变压器，其初级绕组和次级绕组分别加屏蔽层，并将屏蔽层可靠接地，对抑制电网干扰信号有较好效果。同时，二次侧接线使用双绞线，能有效减少电源线问干扰。        使用滤波器。滤波器具有较强的抗干扰能力，同时可防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。在干扰严重场合，常常同时使用隔离变压器和滤波器。需要注意的是，应先把滤波器接入电源，然后再使用隔离

5、变压器。        采用分离供电方式。将PLC、IO设备及其他装置分别由各自的具有隔离功能的变压器供电，并与主回路电源分开。需要注意的是，如果系统中含有扩展单元，则其通电与断电必须与基本单元同时进行；如做不到，应确保MOS电源先通电后断电。        对于变送器和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电，应选择分布电容小、隔离效果好的配电器，以减小对PLC系统的干扰。       

6、 有条件的情况下或重要的PLC控制系统中，应配置在线UPS供电，UPS供电既可提高电源的供电可靠性，还具有较强的隔离性能。    3 信号线引入的干扰             由信号线引入的干扰会引起IO信号工作异常和测量精度大大降低，严重时会将IO模块损坏，造成系统故障。抑制信号线引入的干扰可采取如下措施：        (1)抑制输入信号干扰。 

7、0;      输入信号的线间干扰(差模干扰)通过输入模块的滤波可以使其衰减，而输入信号线与大地间的共模干扰在PLC内部回路产生较大的电位差，是引起PLC误动作的主要原因，可通过良好的接地加以抑制。在输入端有感性负载时，为了防止电路信号突变而产生感应电动势损坏模块，对交流输入，可在负载两端并联电容C和电阻R，对直流输入，可并联续流二极管V。见图1。        图1 感性负载时输入端抗干扰措施      

8、      其中R、C的选择，负载容量小于10 VA时，R可选120 ，C可选0.1 F；负载容量在10 VA以上时，R宜选47 ，C宜选0.47 F。        (2)抑制输入感应电动势。        由于输入信号线间、输入信号线和其他线之间存在寄生电容，通过电耦合会产生感应电动势。为抑制感应电动势，一般尽量采用直流输入。对于交流输入，可在输入端并联浪涌吸收器。如果配线距离长、电流大，也可用继电器加

9、以转换。        (3)抑制输出信号干扰。        PLC系统的开关量输出有继电器、晶体管、晶闸管3种输出形式。具体选择要根据负载要求来决定。如对于交流负载，在开关时产生干扰较大的场合，可使用双向晶闸管输出。对于直流负载，通常是在线圈两端并联二极管V，二极管应尽可能靠近负载，其反向耐压应是负载电压的4倍以上。二极管的动作有一定的延时，如果需要快速断开，则采用建议并联稳压管。对于交流负载，应在线圈两端并联RC浪涌吸收电路，且RC愈靠近负载，抗干扰

10、效果愈好。见图2。        图2 感性负载时输出端抗干扰措施            (4)线缆选型与敷设的抗干扰。        开关量信号一般对电缆无特殊要求，可选用一般的电缆；当数字脉冲信号频率较高时，应选用屏蔽电缆传输；模拟量信号是连续变化的信号，容易受干扰，要选用屏蔽线或带防护的双绞线。当模拟量信号离PLC距离较远时，应尽量

11、采用电流传输方式；通信电缆的信号频率很高，应选择PLC生产厂家提供的专用电缆。交流输入、输出信号与直流输入、输出应分别使用各自的电缆；PLC的输入、输出线要与动力线分开，距离在200 mm以上，应减小动力线与信号线平行敷设的长度，特别是变频器到电动机的电缆一定要远离信号电缆。在变频器到电动机之间应增加交流电抗器，电抗器应装在距离变频器最近的地方。    4 接地系统引入的干扰             良好的接地可抑制内部噪声耦合，防止外

12、部干扰侵入，是PLC控制系统抗干扰的有效手段之一。        (1)“一点接地”可以有效地避开地环路电流的干扰。        如图3所示，以屏蔽线的接地为例加以分析。其中ES为信号源，RS为信号源内阻，RL为负载电阻。        图3 屏蔽线的接地方法          

13、;  单端接地时，假设信号电流i1从芯线流入屏蔽线，流过负载电阻RL之后，再通过屏蔽层返回信号源。因i1与i2大小相等方向相反，故产生的磁场干扰相互抵消，抑制磁场干扰同时抵制磁场耦合干扰。两端接地时，由于屏蔽层上流过的电流是i2与地环电流iG的叠加，抑制磁场耦合干扰的能力也比单端接地差。        (2)并联接地可有效地克服公共地线阻抗的耦合干扰。        并联接地中各个电路的地电位只与其自身的地线阻抗和地电流有关，互相之间不会造成耦合

14、干扰。        (3)正确处理不同信号的接地。        当PLC、DCS、仪表等设备需要建立统一的基准电位时，应进行信号回路接地；当PLC、DCS等控制系统与模拟仪表联用时，应对模拟系统与数字系统两者提供一个公共的信号回路接地点。如果系统直流地悬浮运行，那么它的模拟地、数字地仍然要用低阻抗导线短接，不接大地，用户最简单的应用就是浮地运行。    5 软件抗干扰    

15、;    硬件抗干扰措施是尽可能阻止干扰进入控制系统，但在很难将各种干扰完全拒之门外，这时，可以采用软件与硬件相结合的抗干扰措施来提高系统的抗干扰能力。        用内部计时器对运动状态进行监控。如，PLC控制某运动部件动作时，在发出该部件动作指令的同时启动一计时器，该计时器的设定值，为运动部件执行该动作所需的最大可能时间；若运动部件在规定时间内完成了此动作，反馈一个信号，使计时器清零，则说明监控对象工作正常；否则，说明工作不正常，应停止控制。对按钮或行程开关的输入信号，可通过内部计时器延时，消除因脉冲干扰或因抖动而产生的误动作信号。        用软件数字滤波可提高输入信号的信噪比。在信号的采集过程中，可采用软件数字滤波方法减少随机干扰而可能使被