试论抗干扰技术在工业PLC控制系统中的应用

孙祥棋 白旭 王朝庆

摘 要：PLC是适应工业生产环境的控制装置，它不仅对恶劣的工业环境具有较强的适应能力，而且具有稳定性和可靠性的特点。但是不可否认，PLC控制系统在工业生产中的运用会收到各种因素的影响。本文主要介绍了工业运用中的PLC控制系统的干扰类型，并对每个干扰类型提出相应的抗干扰对策。

关键词：抗干扰技术；工业；PLC控制系统

随着工业的快速发展，PLC控制系统在工业发展中的作用越来越明显。与其他控制系统相比PLC控制系统的编程相对简单，且PLC控制系统具有功能全面、通用性能好、更加易于扩展的优势。目前被广泛用于工业中的PLC控制系统，具有极强的可靠性，更加能够适应工业生产中的恶劣环境。目前在工业生产中使用的PLC控制系统，多数安装在工业生产线的主控室，处在十分恶劣的电磁环境中，非常容易被其他干扰源所干扰，从而导致系统无法正常工作，所以必须研究抗干扰技术保证PLC控制系统正常运行。

1 干扰PLC控制系统的类型

1.1 空间辐射干扰

空间辐射干扰主要是由电气设备、雷电、电力网络、雷达、高频感应加热设备等造成的空间辐射电干扰，通常被称作辐射干扰。针对这类干扰，通常无法抑制干扰源，只可以断开或者弱化干扰源的传播途径。电气和电子设备的高频率使用造成空间电磁波污染愈演愈烈，此类干扰源造成的辐射波频率范围较广，并且无规律可循。空间辐射干扰主要是通过电磁感应的形式通过系统的导线和壳体等形成电路，从而造成对PLC控制系统的干扰。如果此时的PLC控制系统处于干扰源的辐射场内，那么其数据线、电源线、信号就可以扮演天线的角色接受干扰源的辐射干扰。这类干扰主要和设备的布置以及设备电磁场的大小，尤其是和频率有关，通常情况下是通过屏蔽电缆、PLC控制系统的局部屏蔽以及高压泄放元件等对PLC系统进行保护。PLC控制系统在室外被应用或者当传输线路在室外时，由于雷击损坏PLC控制系统或者其他相关的自动化设备的现象较为普遍。

1.2 电源的干扰

工业用电网络是对PLC控制系统供电的主要渠道。工业系统的一些大型机器设备的启动和停止运作等，都具有引起电源欠压、过压、下限、尖峰、浪涌等干扰的可能，此类电压的噪声都会经过电源内阻影响PLC控制系统的电路，从而给系统本身带来非常大的危害。

1.3 信号传输线的干扰

PLC控制系统可以有效传输信息，但是系统本身连接的各种传输信号的线路也经常会受到外部信号的干扰。从信号线引入的外部干扰会导致I/O信号的工作异常并在很大程度上降低测量的精度，严重时会对元器件造成损伤。如果系统的隔离性能不好，还会造成信号之间的相互干扰，使共地系统总线回流，导致逻辑数据发生变化、产生误动作严重时会导致死机。

1.4 数字电路带来的干扰

尽管数字集成电路发出的直流电流仅仅只有mA级，但当电路在高速开关的状态时就会产生很大的干扰。比如：TTL门电路导通时从直流电源引出大约5mA的电流，但是在截至时引出大约1mA。这样尽管供电电压较小，但是所带来的干扰噪声却是十分严重的。

2 抗干扰系统在PLC控制系统中的应用

2.1 接地抗干扰

在抗干扰上接地起到非常大的作用，有效的接地可以保障PLC控制系统的正常工作，能够有效避免由于偶然发生的电压冲击给系统造成的危害。为了消除电源、输入、输出端处的干扰源，必须给PLC控制系统接上专用的地线，接地线应当与动力设备的接地点分离，如果无法达到这个要求，那么可以和其它的设备共同接地，但是必须保证不和其它设备串联接地。PLC控制系统的接地电阻不能低于5Ω，要选用较粗的接地线，面积不能够少于2平方毫米，并且最好使得接地点接近PLC控制装置，接地点与装置之间的间距最好保证在50米以内。要最大限度的使得接地线远离强回电路，如果不能够避开，则应当与强回电路垂直相交，要保证减少与强回电路的平行走线。

2.2 电源部分的抗干扰

电源波动会产生电压变化各毛刺，会对PLC和I/O造成不良影响。根据统计数据分析，70%的PLC控制系统的干扰都是电源耦合造成的。为了减少干扰，对于PLC控制系统的供电系统，要保障控制器与I/O系统要由各自单独的隔离变压器进行供电，并且要与主电路的电源相分离。这样，如果部分电源出现了故障，就不会对其他部分产生不利影响。比如输入、输出供电中断的情况下，控制器仍旧可以继续供电，这样就保证了系统的可靠性。

2.3 输入、输出信号的抗干扰技术

应当选用绝缘型的I/O模块来预防输入、输出的信号受到干扰源干扰。第一，输入信号的抗干扰技术。输入块滤波可以用来减少输入线之间的差模干扰，控制器的接地可以用来减少输入线和大地之间的共模干扰。对于输入端的感性负载，要利用硬件的容错、容差技术来预防因电路信号突然改变而造成感应电势的不利影响。第二，输出电路的抗干扰技术。PLC控制系统是开关量输出，可以有晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出三种输出形式。要具体根据负载的要求来选择使用哪种输出方式。如果负载已经超出PLC控制系统的输出能力，则应当外界接触器或者继电器，方可保证系统的正常运行。

2.4 外部配線的抗干扰技术

由于外部配线间存在护肝、分布电容，因此在传送信号时可能会出现窜扰现象。为了能够减少或者防止外部配线带来的干扰，对于交流输入信号、输出信号和直流输入信号、输出信号都必须分别使用独自的电缆。对于晶体管或者集成电路的输入输出信号线，应当使用屏蔽电缆。对于在输入输出侧的屏蔽电缆要悬空设置，而对于控制器一侧的屏蔽电缆则要接地。在配线时应当注意，对于低于30米的短距离直流、交流输入输出线最好不要使用同一个电缆，当走同一个配线管时，要对输入信号使用屏蔽电缆。对于30到300米距离的配线，直流、交流的输入输出线一定要使用单独的电缆，且对于输入信号必须要使用屏蔽电缆。针对超过300米距离的配线，可以用中间继电器进行信号的转换，也可以使用远程的I/O通道。应当将控制器的接地线与动力线或者电源线相分离，输入输出信号线与动力线、高压线分开。

2.5 软件抗干扰技术

虽然通过硬件的抗干扰技术能够消除多数的干扰信号，但是因为产生干扰信号的因素十分繁琐，还具有很强的随机性，因此难以确保系统完全不受到干扰。所以在采用硬件抗干扰技术的基础上，还应当采取软件抗干扰技术，与硬件抗干扰技术共同致力于PLC系统的正常运行。对于数字量输入输出的干扰，可以采用指令重复执行的方式来确定采集结果时候相同，如果信号不同则应当停止采集信息。为了减少随机干扰，还可以使用数字滤波的方式，减少信号误差。

3 总结

目前PLC控制系统被广泛运用于工业中，虽然PLC控制系统具有可靠性强、较稳定的特点，但是由于工业环境恶劣使得PLC控制系统的干扰因素有很多。在工作中要十分重视干扰PLC控制系统的因素，并采取相应的抗干扰技术，保证系统的稳定工作。

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