PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，本文是從硬件部分對此加以討論。 一、引言 可編程序控制器簡稱PLC，它是一種特殊的控制計(jì)算機(jī)，具有編程簡單、通用性好、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域和大型的醫(yī)療設(shè)備中，它直接連接被控設(shè)備的電子設(shè)備。因此很容易被周圍干擾源干擾而引起控制系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)作。為了讓控制系統(tǒng)穩(wěn)定工作，提高可靠性，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝時(shí)應(yīng)采取一定的抗干擾措施。 二、PLC控制系統(tǒng)中常見的干擾因素 （一）空間輻射干擾 電氣設(shè)備、電子設(shè)備的高密度使用，使空間電磁波污染越來越嚴(yán)重，這些干擾源產(chǎn)生的輻射波頻率范圍廣，且無規(guī)律?？臻g輻射干擾以電磁感應(yīng)的方式通過檢測系統(tǒng)的殼體、導(dǎo)線等形成接收電路，造成對系統(tǒng)的干擾。 （二）信號通道干擾 1．共模干擾 共模干擾對系統(tǒng)的放大電路形成干擾較大，系統(tǒng)的各種信號電流通過電源內(nèi)阻和公共地線阻抗，都會(huì)產(chǎn)生干擾電壓，形成共模干擾。 2．靜電柏臺千犰 電路之間的寄生電容使系統(tǒng)內(nèi)某一電路信號的變化影響其他電路，形成靜電耦合干擾，只要電路中有尖峰信號和脈沖信號等頻率高的信號存在，就有靜電耦合干擾存在。 3．傳導(dǎo)耦合干擾 系統(tǒng)的信號在傳輸過程中容易出現(xiàn)延時(shí)、變形并接收干擾信號，形成傳導(dǎo)耦合干擾。 （三）電源干擾 PLC系統(tǒng)一般由工業(yè)用電網(wǎng)絡(luò)供電。工業(yè)系統(tǒng)中的某些大設(shè)備的啟動(dòng)、停機(jī)等，可能引起電源過壓、欠壓、浪涌、下陷及產(chǎn)生尖峰干擾，這些電壓噪聲均會(huì)通過電源內(nèi)阻耦合到PLC系統(tǒng)的電路，給系統(tǒng)造成極大的危害。 （四）數(shù)字電路引起的干擾 數(shù)字集成電路引出的直流電流雖然只有mA級，但是當(dāng)電路處在高速開關(guān)時(shí)，就會(huì)形成較大的干擾。例如，TTL門電路在導(dǎo)通狀態(tài)下從直流電源引出5mA左右的電流，截至狀態(tài)下則為lmA，在5ns的時(shí)間內(nèi)其電流變化為4mA，如果在配電線上具有0.5μH的電感，當(dāng)這個(gè)門電路改變狀態(tài)時(shí)，配電線上產(chǎn)生的噪聲電壓為： U=L x di/dt=0.5x 10-6 x 4x10-3 /5x10-9=0.4V 如果把這個(gè)數(shù)值乘上典型系統(tǒng)的大量門的數(shù)值，雖然這種門電路的供電電壓僅為5V，但所引起的干擾噪聲將是非常嚴(yán)重的。 在處理脈沖數(shù)字電路時(shí)，對脈沖中包含的頻譜應(yīng)有一個(gè)粗略概念，如果脈沖上升時(shí)間t已知，可用近似公式求出其等效最高頻率： f[sub]max[/sub]=1/2πt 三、PLC系統(tǒng)中的抗干擾設(shè)計(jì) （一）電源部分的抗干擾設(shè)計(jì) 電源變壓器是電源部分的主要元件，為了抑制電網(wǎng)中的干擾，一般選用隔離變壓器，且變壓器容量應(yīng)比實(shí)際需要大1.2～1.5倍左右。在使用中應(yīng)要求變壓器的屏蔽層良好接地，次級線圈連接線要使用雙絞線，以減少電源線間干擾。對于PLC的控制器電源，如果條件許可，還可在隔離變壓器前加入濾波器，此時(shí)變壓器的初級和次級連接線均要使用雙絞線，如圖1所示。這樣干擾信號經(jīng)濾波隔離后可大大減弱，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。 [align=center] 圖1 濾波器和隔離變壓器的連接[/align] PLC供電系統(tǒng)可采用如下方式，控制器和I/O系統(tǒng)分別由各自的隔離變壓器供電，并與主電路電源分開。當(dāng)某一部分電源出了故障時(shí)，而不會(huì)影響其他部分，如輸入、輸出供電中斷時(shí)，控制器仍能繼續(xù)供電，提高了系統(tǒng)的可靠性，如圖2所示。對于供電質(zhì)量缺乏保證時(shí)（非長時(shí)間停電），控制器可利用UPS不間斷電源供電，即將控制器前面的屏蔽變壓器改為UPS不間斷穩(wěn)壓電源。對于一些重要的設(shè)備（醫(yī)療設(shè)備等），為了提高系統(tǒng)的可靠性，交流供電電路可采用雙路供電系統(tǒng)。 [align=center] 圖2 使用隔離變壓器的供電系統(tǒng)[/align] （二）輸入輸出信號的抗干擾設(shè)計(jì) 為了防止輸入、輸出信號受到干擾，應(yīng)選用絕緣型I/O模塊。 1．輸入信號的抗干擾設(shè)計(jì) 輸入信號的輸入線之間的差模干擾可以利用輸入模塊濾波來減小干擾，而輸入線與大地間的共模干擾可通過控制器的接地來抑制。在輸入端有感性負(fù)載時(shí)，為了防止電路信號突變而產(chǎn)生感應(yīng)電勢的影響，可采用硬件的可靠性容錯(cuò)和容差設(shè)計(jì)技術(shù)，即在負(fù)載兩端并聯(lián)電容C和電阻R，對于直流輸入信號，可并接續(xù)流二極管D，具體電路如圖3所示。 [align=center] （a） 交流輸入信號的抗干擾 （b） 直流輸入信號的抗干擾 圖3 輸入信號抗干擾設(shè)計(jì)[/align] 對于圖3中CR的選擇應(yīng)適當(dāng)，一般負(fù)載容量在10VA以下時(shí)，應(yīng)選C為0.1μF，R為120Ω，當(dāng)負(fù)載容量在10VA以上時(shí)，應(yīng)選C為0.47μF，R為47Ω。 2．輸出電路的抗干擾設(shè)計(jì) 對于PLC系統(tǒng)為開關(guān)量輸出，可有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出三種形式。具體選擇要根據(jù)負(fù)載要求來決定。若負(fù)載超過了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。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，以保護(hù)PLC的輸出觸點(diǎn)，如圖4所示。對于直流負(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0.1μF～0.47μF，電阻可取47Ω～120Ω，且RC盡可能靠近負(fù)載。 [align=center] 直流負(fù)載 交流負(fù)載 圖4 PLC輸出觸點(diǎn)的保護(hù)[/align] 對于大容量負(fù)載電路，由于繼電器或接觸器在通斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧干擾，因此須在主觸點(diǎn)兩端連接RC浪涌吸收器，如圖5（A）所示，若電動(dòng)機(jī)或變壓器開關(guān)干擾時(shí)，可在線間采用RC浪涌吸收，如圖5（B）所示。 [align=center] 圖5 大容量負(fù)載抗干擾設(shè)計(jì)[/align] （三）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、輸出信號與直流輸入、輸出信號應(yīng)分別使用各自的電纜。集成電路或晶體管設(shè)備的輸入、輸出信號線，要使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在輸入、輸出側(cè)要懸空，而在控制器側(cè)要接地。具體電路設(shè)計(jì)如圖6所示。配線時(shí)在30米以下的短距離，直流和交流輸入、輸出信號線最好不要使用同一電纜，如果要走同一配線管時(shí)，輸入信號要使用屏蔽電纜。30米～300米距離的配線時(shí)，直流和交流輸入、輸出信號線要分別使用各自的電纜，并且輸入信號線一定要用屏蔽線。對于300米以上長距離配線時(shí)，則可用中間繼電器轉(zhuǎn)換信號，或使用遠(yuǎn)程I/O通道。對于控制器的接地線要與電源線或動(dòng)力線分開，輸入、輸出信號線要與高電壓、大電流的動(dòng)力線分開配線。 [align=center] 圖6 屏蔽電纜的處理方法[/align] （四） PLC裝置的接地設(shè)計(jì) 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，若達(dá)不到此要求，則可與其他設(shè)備公共接地，嚴(yán)禁與其他設(shè)備串聯(lián)接地，具體設(shè)計(jì)如圖7所示。另外接地電阻要小于100ft，接地線要粗，接地面積要大于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)避開強(qiáng)電回路，若無法避開時(shí)，應(yīng)垂直相交，縮短平行走線的長度。 [align=center] （a） 最好 （b） 可以 （c） 不允許 圖7 PLC系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)[/align] 四、結(jié)論 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，本文只從硬件部分加以討論。在軟件編程上也可以利用軟件的冗余設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)一些程序，來屏蔽輸入元件的誤信號，防止輸出元件的誤動(dòng)作。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以同時(shí)利用硬件和軟件的抗干擾技術(shù)，讓PLC系統(tǒng)滿足要求，并能達(dá)到一個(gè)理想的工作狀態(tài)。