浅谈PLC的抗干扰问题

邓 军 从 彬

(1、郑州煤炭工业技师学院，河南 新郑 451150；2、郑州工业安全职业学院，河南 新郑 451150)

1 PLC的干扰及其来源

1.1 干扰源

PLC由于设计和安装现场环境等因素影响，会受到干扰而发生故障，进而导致设备失控和误动作。影响PLC工作的干扰大都产生在电流或者电压剧变场所，这些电荷剧烈变化的部位，就是PLC的干扰源。

1.2 干扰的途径

1.2.1 空间辐射

辐射干扰主要来自电力系统的暂态过程、广播电视通信产生的无线电信号以及高频加热设备等。其传播途径主要有:一是直接对PLC内部的辐射，由电路产生干扰;二是对通讯网络的辐射，由通讯线路的感应引起干扰。辐射干扰与现场设备的布置和环境有关，尤其对频率反应较敏感，一般通过屏蔽进行消除。

1.2.2 电源干扰

PLC供电取自电网，由于覆盖范围广，电网极易受到空间电磁干扰而在电路上产生感应电压。尽管PLC通常采用隔离电源，但是由于大量分布电容的存在，完全消除是不可能的，因此PLC仍会受到一定的电源干扰。

1.2.3 信号线连接

与PLC相连的硬接线，除了传输有效的各类信息外，也会成为干扰信号侵入的捷径。此类干扰会引起I/O模块工作异常和测量精度大大降低，严重时还会引起元器件损坏。对于隔离性能较差的系统，还会导致信号相互干扰，造成逻辑数据变化，误动和死机，这是最常见的系统干扰故障现象。

1.2.4 系统接地

PLC的接地包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。当接地点向电位分布不均匀，电位差过大时，会引起环路电流，影响系统的正常工作。例如控制电缆的屏蔽层必须有 端接地，如果两端都接地，就存在电位差，屏蔽电缆将有环路电流通过，引起控制信号的异变，导致控制系统异常工作。

1.3 干扰的分类

干扰类型通常按干扰产生的原因、干扰模式和波形性质的不同来划分。按干扰产生的原因不同分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等;按干扰的波形、性质不同分为持续噪声、偶发噪声等;按干扰模式不同分为共模干扰和差模干扰。

2 抗干扰的技术措施

PLC控制系统对安全性要求高，由于受到干扰信号的影响而出现问题，因此必须选择采用合理的抗干扰措施，对PLC的安装环境和不利条件作改进。

2.1 硬件抗干扰措施

2.1.1 抑制电源系统引入的干扰

（1）采用滤波和屏蔽。为防止外界噪声干扰及电源电压波动对CPU的影响，须采用隔离变压器抑制电源系统的干扰。同时要使屏蔽良好接地，次级连接线要使用双绞线，隔离变压器的初级绕组和次级绕组应分别加屏蔽层，初、次级间再加屏蔽层。（2）采用交流稳压。为抑制电网大容量设备起停引起的电网电压波动，保持交流供电电压的稳定，对交流电源在滤波前，应采用稳压环节。（3）分离供电系统采用独立电源。控制器和I/O系统分别由各自的隔离变压器供电，并与主电源分开，这样当输入输出供电断电不会影响控制器的供电，各个变压器的次级绕组的屏蔽层接点应分别接入各绕组电路的地。根据系统的需要，选择必要和合适的公共接点，以达到最佳的屏蔽效果。

2.1.2 抑制接地系统引入的干扰

（1）控制系统与电网的接地方式。有共地、浮地以及机壳共地和电路浮地三种方式。共地接地方式是将控制系统中的电路的接地点Gc、机壳的接地点Gb与电网地线的接地点Go连在一起，整个系统以大地为电位参考，是目前采用较多的一种方式。如果在大地电位变化较大的场所，则应采用浮地方式。此方式是将控制系统中电路的接地点Gc与机壳的接地点Gb连在一起，但不与电网的接地点Go相连。一般在机柜与地之间用绝缘胶垫隔开，交流进线也要加强绝缘。但因系统浮地，机壳容易积累静电，操作不太安全，这样可采用机壳共地和电路浮地的方式，这种接地方式是上两种方式的折衷。由于机壳的接地点Gb与电网的接地点Go连在一起，因此操作比较安全，通常将电路的插件柜架用绝缘支撑与外部机架、机壳隔开，保持电路部件与机壳的良好绝缘。（2）控制系统的一般接地方式。 控制系统的一般接地方式有三种：一是专用接地，即控制器和其它设备分别接地方式，此方式最好。若不能做到专用接地，可采用共用接地方式即控制器与其它设备分别与同一接地体相接。接地时，接地线应尽量粗，用大于2mm2的接地线，接地点应尽量靠近控制器，接地线应尽量避开强电回路和主回路的电线。

2.1.3 抑制输入输出电路引入的干扰

（1）抑制输入信号干扰的措施。a.防止输入端有感性负荷时引起的干扰，当控制器输入交流信号时，为防止反冲感应电势损坏模块，在其两端并接电容C和电阻R。当控制器输入直流信号时，在其输入两端并接续流二极管VD。b.防止感应电压的干扰，对此干扰可采用输入电压直流化，在输入端并接浪涌吸收器，继电器转换三种方法处理。（2）抑制输出信号干扰的措施。a.在交流感性负载场合，在负载两端并接RC浪涌吸收器。b.直流负载场合，在负载两端并接续流二极管VD。c.在开关时产生干扰较大的场合，对交流负载可使用双向晶体管输出模块。

2.1.4 抑制外部配线干扰的措施

为防止或减少外部配线的干扰，可采取以下措施：（1）交流输入输出信号与直流输入输出信号分别使用各自电缆。（2）在30m以上的长距离配线时，输入信号线与输出信号线分别使用各自电缆。（3）集成电路或晶体管设备的输入输出信号线，必须使用屏蔽电缆。（4）控制器的接地线与电源线或动力线分开。

2.2 软件抗干扰措施

2.2.1 数字滤波

对于较低信噪比的模拟量信号，常因现场瞬时干扰而产生较大波动，若仅用瞬时采样植进行控制计算会产生较大误差，为此可采用数字滤波方法。现场模拟量信号经A/D转换后变成离散的数字信号，然后将形成的数据按时间序列存入PLC内存。再利用数字滤波程序对其进行处理，滤去噪声部分获得单纯信号。此方法反应速度快，具有很好的实时性，输入信号经过处理后用于信号显示或回路调节，有效地抑制了噪声干扰。

2.2.2 软件容错

由于工业环境恶劣，干扰信号较多，I/O信号传送距离较长，常常会使传送的信号有误。为提高系统运行的可靠性，使PLC在信号出错情况下能及时发现错误，并能排除错误的影响继续工作，在程序编制中可采用软件容错技术。

（1）在目前现场设备信号不完全可靠的情况下，对于非严重影响设备运行的故障信号，在程序中采取不同时间的判断，以防止输入接点的抖动而产生“伪报警”。若延时后，信号仍不消失，再执行相应动作。（2）在充分利用信号间的组合逻辑关系构成条件判断，使个别信号出现错误时，系统不会因错误判断而影响其正常的逻辑功能。由于现场设计时系统硬件配置已经确定，对其增加和修改都比较困难，而从软件方面入手则无需增加任何设备，采用不同的容错技术，使用方便、灵活，可作为硬件容错的补充，进一步提高系统抗干扰能力。

以上几种抗干扰措施，是根据许多PLC控制系统现场实际运行的经验所获得，结合本控制系统的现场情况，则基本能够消除现场干扰信号的影响，保证系统的可靠运行。

[1]葛文峰，PLC控制系统的硬件抗干扰措施，《煤矿机械》2004年11期.

[2]冯国秀，多功能PLC抗干扰措施，《新乡教育学院学报》2008年01期.