摘要：簡(jiǎn)要分析了PLC控制系統(tǒng)在實(shí)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(duì)性的抗干擾措施，并強(qiáng)調(diào)了其在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)必須全面、系統(tǒng)地考慮抗干擾機(jī)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(jiǎn)單、通用性好、功能強(qiáng)、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。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(jì)運(yùn)行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)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(shí)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境惡劣，如大功率用電設(shè)備的起動(dòng)或停止引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)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(duì)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(chǎng)（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(guò)兩條途徑：一是對(duì)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(duì)PLC內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾。若此時(shí)PLC置于其輻射場(chǎng)內(nèi)，其信號(hào)、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(chǎng)設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的大小，特別是與頻率有關(guān)。 1.2 傳導(dǎo)干擾 （1）來(lái)自電源的干擾 在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，開(kāi)關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備的起停、交直流傳動(dòng)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(huì)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(kāi)電網(wǎng)中的感性負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)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(guò)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(dòng)作。 （2）來(lái)自信號(hào)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(hào)傳輸線總會(huì)有外部干擾信號(hào)的侵入。此干擾主要有2種途徑：① 通過(guò)變送器供電電源或共用信號(hào)儀表的供電電源串人的電網(wǎng)干擾；② 信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾，其中靜電放電、脈沖電場(chǎng)及切換電壓為主要干擾來(lái)源。由信號(hào)線引入的干擾會(huì)引起I／O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)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(hào)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(dòng)作甚至死機(jī)。 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(hù)地等。地電位的分布干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)的電位分布不均，不同接地點(diǎn)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(yùn)算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測(cè)量精度下降，引起對(duì)信號(hào)測(cè) 控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)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(duì)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(jì)時(shí)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(dòng)造成的電壓畸變或毛刺，將對(duì)PLC及I／O模塊產(chǎn)生不良影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，PLC系統(tǒng)的干擾中有70％是從電源耦合進(jìn)來(lái)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(jìn)線的高頻干擾信號(hào)，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(duì)干擾抑制的效果也不一樣，一般做法是將初、次級(jí)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(kāi)，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(jī)器的接地端相聯(lián)，基本單元必須接地，如果選用擴(kuò)展單元，其接地點(diǎn)與基本單元接地點(diǎn)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(dòng)力設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)）的接地點(diǎn)應(yīng)分開(kāi)，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(diǎn)最好靠近PLC裝置，其間的距離要小于50米，接地線應(yīng)避開(kāi)強(qiáng)電回路，若無(wú)法避開(kāi)時(shí)，應(yīng)垂直相交，縮短平行走線的長(zhǎng)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(hào)的抗干擾 輸入信號(hào)的輸入線之間的差模干擾可以利用輸入模塊濾波來(lái)減小干擾，而輸入線與大地間的共模干擾可通過(guò)控制器的接地來(lái)抑制。在輸入端有感性負(fù)載時(shí)，為了防止電路信號(hào)突變而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的影響，可采用硬件的可靠性容錯(cuò)和容差設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)于交流輸入信號(hào)，可在負(fù)載兩端并聯(lián)電容C和電阻R，對(duì)于直流輸入信號(hào)，可并接續(xù)流二極管D。一般負(fù)載容量在10VA以下時(shí)，應(yīng)選C為0.1μF，R為120 ，當(dāng)負(fù)載容量在10VA以上時(shí)，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(hào)的抗干擾設(shè)計(jì)[/align] 2.3.2 輸出電路的抗干擾 對(duì)于PLC系統(tǒng)為開(kāi)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(lái)決定。若負(fù)載超過(guò)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(hào)由OFF變?yōu)镺N或從ON變?yōu)镺FF時(shí)都會(huì)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(hù)措施，以保護(hù)PLC的輸出觸點(diǎn)，對(duì)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(duì)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(diǎn)的保護(hù)[/align] 2.4 外部配線的抗干擾設(shè)計(jì) 外部配線之間存在著互感和分布電容，進(jìn)行信號(hào)傳送時(shí)會(huì)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(hào)與直流輸入、輸出信號(hào)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(hào)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(shí)在30米以下的短距離，直流和交流輸入、輸出信號(hào)線最好不要使用同一電纜，如果要走同一配線管時(shí)，輸入信號(hào)要使用屏蔽電纜。如圖5所示。30-300米距離的配線時(shí)，直流和交流輸出、輸入信號(hào)線要分別使用各自電纜，并且輸入信號(hào)線一定要用屏蔽線。對(duì)于300米以上長(zhǎng)距離配線時(shí)，則可用中間繼電器轉(zhuǎn)換信號(hào)，或使用遠(yuǎn)程I/O通道。對(duì)于控制器的接地線要與電源線或動(dòng)力線分開(kāi)，輸入、輸出信號(hào)線要與高電壓、大電流的動(dòng)力線分開(kāi)配線。 [align=center] 圖 5 屏蔽電纜處理法[/align] 3 軟件抗干擾設(shè)計(jì) 盡管硬件抗干擾可濾除大部分干擾信號(hào)，但因干擾信號(hào)產(chǎn)生的原因很復(fù)雜。且具有很大的隨機(jī)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(bǔ)充，作為硬件措施的輔助手段。軟件抗干擾方法沒(méi)計(jì)簡(jiǎn)單、修改靈活、耗費(fèi)資源少，在PLC測(cè)控系統(tǒng)中同樣獲得了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于PLC測(cè)控裝置，其數(shù)據(jù)輸入、輸出、存儲(chǔ)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(shí)會(huì)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(kāi)關(guān)量或數(shù)字量輸入，輸出的抗干擾。在采集某些開(kāi)關(guān)量或數(shù)字量時(shí)，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(shí)才視為有效。若多次采集后，信號(hào)總是變化不定，可停止采集，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在滿足實(shí)時(shí)性要求的前提 ，如果在各次采集數(shù)守信號(hào)之間插入一段延時(shí)，數(shù)據(jù)的可靠性會(huì)更高。如果在系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求不是很高的情況下，其指令重復(fù)周期盡可能長(zhǎng)些。 3.2 數(shù)字濾波 在某些信號(hào)的采集過(guò)程中，由于存在隨機(jī)干擾而可能使被測(cè)信號(hào)的隨機(jī)誤差加大。針對(duì)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(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)計(jì)算機(jī)測(cè)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(yǔ) 隨著PLC應(yīng)用范圍的逐漸擴(kuò)大，加之系統(tǒng)惡劣的工作環(huán)境，它所要克服的干擾就會(huì)越來(lái)越多，因此研究PLC系統(tǒng)的抗干擾問(wèn)題就變得越來(lái)越重要。只有對(duì)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(zhǎng)期穩(wěn)定地工作。