浅谈PLC与人机界面抗干扰措施

王桂兰

（长江工程职业技术学院，湖北 武汉 430200）

浅谈PLC与人机界面抗干扰措施

王桂兰

（长江工程职业技术学院，湖北 武汉 430200）

PLC与人机界面在生产领域得到了广泛的应用，而不同的生产环境又会使 PLC与人机界面受到不同程度的外部干扰与内部干扰。文章从电源抗干扰、硬件抗干扰、软件抗干扰等几个方面对PLC与人机界面控制技术的抗干扰措施作出了探讨与研究。

PLC；人机界面；抗干扰

随着电子信息技术的发展，可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的功能也越来越完善，越来越强大，获得的使用效果也越来越满意。但是，为了确保控制系统的稳定运行，除了确保控制器功能的稳定之外，还要采取相应的措施，提高整体系统的稳定性。如果PLC在湿度很大、温度很高、冲击和振动很强的极端恶劣的环境中运行，会对系统的稳定性造成影响，此外，如果系统在运行过程中受到的干扰因素过多也同样会影响系统的稳定运行。因此，系统在运行过程中，除了确保外界环境因素之外，还需要采取抗扰的措施，为系统的安全、稳定运行提供条件。在人际界面中会受到诸多因素影响，因此，如此解除干扰是一个十分复杂的问题。进行具体工程的抗干扰设计时，既要预先采取抗干扰措施，也要根据设备，通常安装抗干扰软件、切断或衰减电磁干扰的传播途径、抑制干扰源等措施，不断提升系统的抗干扰能力，最终达到满意的效果。

1　PLC与人机界面的电磁干扰的主要来源

1.1 电源对PLC控制器的干扰

PLC控制器电源通常采用隔离电源，在运行中，由电源导致的PLC故障十分常见，特别是短路电流的冲击、开关操作浪涌、起停大型设备、电网内部的变化等，都通过输电线路传递到隔离电源变压器原边，从而产生干扰。

1.2 PLC与人机界面内部的干扰

在工作中人际界面的内部期间及其电路间产生的辐射、可编程控制器辐射，都会导致干扰。如逻辑地与模拟地间的相互影响、元器件之间的不匹配等，设计时应充分比较。

1.3 外接信号线对PLC的干扰

可编程控制器连接的各类信号线，易受到外部干扰侵入。在隔离性能比较差的系统当中，可能导致共地系统总线回流，进而引起数据混乱，导致系统死机或者误动。

2　PLC与人机界面的抗干扰措施

2.1 抑制电网引入的干扰

PLC控制器尽量使用独立的24V直流电源，这样不给系统中的其他传感器供电，可以有效减少出现故障的概率，这是放置对PLC造成干扰的重要方法。在系统中采用动力线路方法对PLC控制器供电，采取直接从低压配电室主母线上分离专门的供电线路。不同的器件采用不同的供电方案，I/O系统和控制器的供电与主电路电源分开，分别采用各自的隔离变压器进行供电；共用信号仪表和变送器的供电应该配电器，配电器的具体要求如下：采用多次隔离和屏蔽及漏感技术、分布电容小；对于编程器、中央处理器、电源变压器等部件，采用导磁和导电性均良好的材料实现屏蔽处理，这样可以避免其在工作过程中外界信号的干扰。此外，如果电源存在波动出现电压毛刺或畸变的情况也将会对I/O模块和PLC产生影响，因此，为了避免这个问题，需要对微处理器核心部件的+5V电源进行处理让其适应交流电网的波动及降低欠电压、过电压的影响，一般情况下处理方法会采用多级滤波及集成电压调整器。电源线尽量采用平行走线的方式，使电源线对地呈低阻抗，以降低电源噪声对其产生的干扰。由于使用的是不同的接地方法，因此，对干扰产生的抑制效果也是不一样的，在一般情况下输出和输入线使用双绞线并且屏蔽层应可靠接地，能够有效抑制共摸干扰，而次级线圈不能接地，还需安装一台隔离变压器（屏蔽层的变比为1∶1），以降低地与设备之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路等。当然，为保证电网馈电不中断，也可采用UPS供电，提高供电的可靠性。对于一些重要设备，应采用双供电系统。

2.2 消除PLC、人机界面的空间辐射干扰

因为不同的信号是使用不同的线缆进行传输的，进行在对线缆进行敷设的时候必须使用远离技术进行分层敷设，对于相同类型的信号线进行敷设的时候需要采用双绞的方式敷设。

如果采用同一电缆的不同导线对动力信号和电源进行同时传送则将会产生信号线与动力电缆距离过近的情况，使电缆之间的夹角增大，容易出现电磁干扰，因此，为了避免出现这种情况，禁止采用同一电缆的不同导线对动力信号和电源进行同时传送。为了有效避免电缆特别是变频装置导致的电磁干扰，在进行设计时需要使用屏蔽电缆从干扰途径上杜绝干扰现象的出现。

3　PLC控制器输入输出通道的抗干扰措施

信号之间的线性差模干扰的降低可以通过输入模块滤波实现。通过PLC控制器接地的方式可以减少输入信号与大地间的共模干扰。如果输入端存在感性负载时，不同的输入信号采用不同的方式降低干扰，直流输入信号通过并接续流二极管，交流输入信号在负载两端并接电阻及电容可降低共模干扰。采用RC浪涌吸收器，可为了抑制输入信号线间的寄生电容、与其他线间的寄生电容或耦合所产生的感应电动势。另外，采用输出点串接中间继电器或光电耦合措施，可防止PLC控制器输出点直接接入电气控制回路，在电气上完全隔离。

动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双绞线连接。将PLC的I/ O线和大功率线分开走线，如必须在同一线槽内，分开捆扎交流线、直流线，若条件允许，分槽走线最好，这不仅能使其有尽可能大的空间距离，并能将干扰降到最低限度。除此之外，在应对干扰的过程中，使用信号隔离器也能取得很好的效果，其具体原理是，将PLC要接收的信号首先进行半导体器件变换，之后由光感或者是磁感器进行隔离转换，然后通过解调变回原来的信号或者是不同的信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。在有干扰的环境中只有在输入和输出两个端口都安装隔离器，才能解决干扰的问题。

4　PLC控制器抗干扰的软件措施

引起电磁干扰的原因很多，要从根本上解决这个问题是不可能的，因此，在设计PLC控制器时，需要考虑软件的抗干扰作用，使系统的稳定性进一步提升。采取的软件抗干扰措施如下：采用定时器延时来去掉抖动，根据系统要求及触点抖动情况确定定时时间及响应速度，确保触点稳定后进行任务处理；采用软件滤波方法如去极值平均滤波、防脉冲干扰平均值滤波、中值滤波等对模拟信号进行处理；采用间接跳转，设置软件保护；采用信息冗余技术，设计相应的软件标志位等。

5　正确选择接地点，完善接地系统

接地的作用是抑制干扰，确保系统安全运行，避免电压冲击危害，因此，需要对接地系统进行完善以降低电磁干扰。系统的接地方式分为3种，分别为电容接地、直接接地方式及浮地方式。对于PLC控制系统来说，采用直接接地的方式抗干扰效果较好。由于不同装置之间的信号交换频率通常情况下都小于1MHz，因此，通常情况下，PLC控制系统的接地线最好采用单独接地的方式，避免和其他设备串连接地，但是可以和其他设备公共接地。

如果装置之间的距离不一样，采用的接地方式也不一样，如果装置之间的间距比较大则可以采用串联一点接地的方式，即采用绝缘电缆或者是铜母线，将各个装置的柜体中心接地点连接在一起，连接在一起之后将接地母线和接地地极直接相连。接地极的埋设地点要求距离建筑物较远，其距离要大于10m，最好在10～15m之间，而且PLC系统的接地点必须与强电设备的接地点相距10m以上。信号源接地时，屏蔽层不接地时应在PLC侧接地，信号线中间有接头时，要求屏蔽层连接十分牢固并进行绝缘处理，一定不能出现多点同时接地的情况；选择适当的接地处单点接地，要避免多点接地等。对于绝缘电缆或者是铜母线来说，要求线的截面积较大，通常铜导线的界面面积大于20mm2，总母线使用的铜排要求其截面大于60mm2。如果装置之间的间距教小，也就是集中布置的PLC系统，比较适宜采用并联一点接地方式，即每个装置采用单独接地线将柜体中心接地点和接地极相连。

6　设备选型

由于不同厂家生产的PLC设备不同，其抗干扰指标和其抗干扰能力也不相同，因此，在选用设备之前，需要对设备的性能进行详尽的了解，分析其抗干扰的能力，选用抗干扰能力较高的设备，如采用浮地技术、人机界面HMI、隔离性能好的可编程控制器。可编程控制器、人机界面现场应用时的抗干扰问题，是复杂而细致的。预防干扰需要综合考核各种因素，必须根据实际情况，排除干扰源、切断干扰途径进行综合考虑，采取各种措施有效预防干扰，并且将抗干扰设施引进到可编程控制器以及人机界面设计中，这样才能提高其综合抗干扰能力，确保整个系统的安全稳定运行。

7　结语

本文分析了PLC应用中的抗干扰措施，并对每项措施的实施进行详尽的分析，期望取得良好的效果，在今后的研究中，要进一步加强这方面的研究，为PLC的运行创设一个稳定的环境。

［1］金彦平.可编程序控制器及应用［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［2］李向东.电气控制与PLC［M］.北京：机械工业出版社，2005.

Analysis on the measures for anti-interference of PLC and human machine interaction

Wang Guilan
（Changjiang Institute of Technology， Wuhan 430200， China）

PLC and human machine interaction have been widely used in the field of production， and different production environment will make the PLC and human machine interaction be subject to different degrees of external and internal interference. In this paper， the anti interference measures of PLC and human machine interaction control technology were discussed and several aspects such as power supply antiinterference， hardware anti-interference and software anti-interference were studied.

PLC； human machine interaction； anti-interference

王桂兰（1972— ），女，湖北天门，副教授；研究方向：PLC和单片机智能控制技术。