电力系统中的PLC抗电磁干扰技术研究

崔建军

（重庆市自来水有限公司，重庆 400074）

0 引 言

随着PLC系统的持续优化，PLC系统已发展成为工业生产行业的关键智能控制系统。PLC系统能直接运用于现场施工行业，能进一步提高现场施工效率。但是在现场运用PLC系统时，会受到施工现场产生的电磁场信号和频率干扰信号的干扰。因此，需开展PLC系统有关抗电磁干扰设计的分析，以确保PLC系统的正常使用。

1 电磁干扰的概念

PLC被普遍运用于电力系统，但也受到若干方面的不断干扰。PLC现场中经常出现的问题是实际和模拟之间误差太大，系统进一步失控，PLC进一步受到电磁干扰。因此，需深入研究PLC的电磁兼容问题[1]。PLC受到的电磁干扰的具体来源是敏感设备、耦合路径及干扰源。其中，干扰源涵盖PLC系统全部受到外部影响的环境或设备；耦合路径是干扰信号进入系统的渠道，涵盖所有接线和通电电缆等；敏感设备是PLC系统中的电路板和元器件等。

2 PLC系统电磁干扰源及其影响

工业控制系统中，对PLC控制系统的干扰信号一般包含两种形式，即传导型干扰和辐射型干扰。

2.1 空间电磁辐射

PLC控制系统的相关工作环境中，各类电磁辐射装置和电气装置会产生电磁干扰信号。此外，雷电现象也会产生电磁干扰信号。基于强电磁环境，PLC系统电路中的电感和电容等将由于电磁感应而进一步干扰控制系统的工作[2]。PLC控制系统受空间电磁辐射的干扰程度与系统受现场工作环境的限制程度有关，如现场电气设备的具体使用数量等。

2.2 PLC外接线干扰

PLC外接线对控制系统的干扰一般是从电源和信号线导入，属于传导型干扰模式，可进一步影响工业生产现场。第一，电源干扰。因PLC控制系统受现场作业环境与设备等约束，需借助电网供电，供电进程中，设备启停与开关动作引发的电网短路暂态冲击与谐波变化等容易在电网中产生脉冲信号，从而影响电网的供电品质，干扰PLC系统的顺利运行。此外，由于供电电网的相关覆盖范围广，所以会受电磁干扰作用不断形成高频谐波信号，特别是在断开电网的感性元器件时，其形成的瞬间电压峰值将超过额定电压值，其脉冲功率将进一步破坏PLC。第二，信号线导入干扰。PLC控制系统中，可经过各类信号传输线进一步完成通信与控制功能。但是传输线在传输信号的进程中，总会受到其他外界信号的不断干扰[3]。这种干扰一般经过两类方式对传输数据线产生作用：一种是借助于共用信号仪表的相关供电电源进一步侵入的电网干扰模式；另一种是信号线工作时受电磁信号引发的感应带来的干扰。由于系统的通信信号是上位机和下位机信息互换的核心内容，因此基于干扰环境将会出现输出与输入不正常的现象，并可能会引起误操作。

2.3 PLC系统自身干扰

PLC控制系统的逻辑控制电路在通电情况下，相互之间会形成电磁辐射信号。这是PLC控制系统内部设计方面存在的漏洞。但是与外接信号和空间辐射的干扰作用相比，PLC系统自身干扰对系统的干扰作用不强。

3 PLC运用系统的抗电磁干扰策略

由于不能消除电磁信号，所以只能从PLC系统自身或者其外围附件研究策略，以提升系统的抗电磁干扰能力。

3.1 电源抗干扰的有效设计

电源是PLC控制系统中最重要的元器件，应强化电源的抗电磁干扰能力[4]。选择供电电源时，应选择供电稳定性高的电源，并在交流电源的输入端子前安装低通滤波器与隔离变压器，以过滤谐波信号和高频干扰信号。此外，电源线应选择双绞线，以降低外界干扰信号的进一步入侵。为确保电源系统供电的可靠性和稳定性，可使用在线式的UPS供电系统。UPS系统具有很强的抗电磁干扰能力，供电非常稳定。

3.2 接地抗干扰的有效设计

在PLC控制系统中开展接地设计，以确保系统运转的安全性。接地方式一般包含电容式接地、直接接地及浮地等方式。由于PLC控制系统的自身特点，应使用直接接地的方式。大部分系统中，一般使用并联一点式的接地方式，每个装置的中心接地点以各自的接地极和接地线连接。此外，选择接地线应以粗线圈为核心，以降低每个电路部件间的地电势间的差值，减少地环电流对控制系统的干扰。

3.3 输出和输入的抗干扰设计

第一，输出与输入通过负载时，为避免反电动势进一步破坏模块，将交流信号输出与输入的压敏电阻与浪涌吸收器并联。只要与输入信号实施并联的感性负荷超出限定，就采取继电器实施中转[5]。第二，PLC在输出负载中，也会带来干扰，应予以控制。只要在直流输出口采用电路保护，交流输出口接阻容吸收电路或者压敏电阻，双向晶闸管与晶体管出口就会进一步接旁路电阻保护。开关量的输出处与控制器的接触，应采用抗干扰策略实施管制。第三，为避免外界噪音对PLC系统的影响，尽量导入光耦合器开展管理。光电耦合器由输出口的受光元件和输入口的发光元件整合而成，经过光传递信息，让输出与输入能够在电气方面进一步隔离。

3.4 滤波及软件的抗干扰策略

信号在导入PLC前，针对地间并接电容与信号线，减少共模影响，在信号两级之间对滤波器进行设置，以优化干扰程度[6]。PLC系统在软件设计上所采取的数字滤波技术，把模拟量信号经过A/D转变成数字量信号，然后输入PLC内，经由数字滤波程序开展二次处理，过滤噪音信号，获取所需的有效信号，开展系统控制。

4 电力系统运用中的相关注意事项

工艺流程的运用要求与特征是设计选型的核心依据。了解功能表图、可编程序控制器以及相关的编程语言可进一步减少编程时间。因此，工程设计选型以及估算时，应进一步探究工艺过程的控制要求和相关特征，确定控制范围和任务，估算所需存储器容量和输入输出点数，明确可编程逻辑控制器的特性与功能等，最后选取性价比较高的可编程逻辑控制器[7]。

第一，输出输入点数的估算。估算输入输出点数时，应留一定余量，输入点的含义是开关量输入，通常是21 V电压直流输入。输出和输入信号都是开关量，即0为关，1为开。

第二，估算存储器的容量。存储器容量是可编程序控制器自身可提供的硬件存储单位大小，程序容量是存储器中用户使用的存储单位大小。设计时，程序容量是未知的，应在程序调试后才知道程序容量。为设计选型时进一步估算程序容量，一般采取存储器容量的估算来取代。

第三，由于可编程逻辑控制器的相关电源在整个系统中具有关键作用，因此可编程逻辑控制器的制造商非常注重电源的设计及制造[8]。对于PLC的电磁兼容性问题，需在电源线上安装滤波器或者隔离变压器，以有效保证PLC的供电干净。

5 结 论

PLC的扩展空间非常大，可开发出更多的产品。作为通用网络和自动化控制网络中的核心构成部分，PLC可在工业控制领域发挥更大作用。