西门子PLC控制系统干扰源分析及硬件应对措施

杨帆　许业大

摘 要：西门子PLC控制系统广泛应用于工业领域，其抗干扰能力直接关系工业生产的安全和稳定。文章将分析PLC系统的干扰源，并提出一种有效的硬件抗干扰措施。

关键词：西门子；PLC控制系統；干扰；措施；RS485中继器

西门子PLC系统在中国应用广泛，其强大的控制系统几乎适合于所有的工业领域。但工业现场干扰源较多，直接影响了PLC系统的稳定性。所以，在提出抗干扰措施前，我们必须先了解工业领域的干扰源。

1 工业领域干扰源分析

工业现场，电压电流剧烈变化的场所是PLC系统的主要干扰源。PLC系统的干扰源分为两类，内部干扰和外部干扰。内部干扰是指西门子PLC模块自身产生的干扰，如模块质量问题、使用寿命、内部接线等。外部干扰是指电磁干扰、电源干扰、接地干扰等。

1.1 内部干扰

西门子PLC内部干扰一般由其控制元件与电路产生的电磁干扰，根本原因是其内部元件互相不匹配。另外，模拟地和逻辑地的互相混用也是产生内部干扰的原因。

1.2 外部干扰

外部干扰一般可分为电源干扰、接地干扰、传输干扰。

电源干扰是指由于PLC供电系统波动对其控制系统的影响，如电网暂态冲击、电力设备起停等。

接地干扰是指PLC系统接地屏蔽错误导致的干扰。接地系统本身用作屏蔽干扰的手段，但是使用不当就会增强干扰，如接地系统的共地。PLC接地系统主要包括系统地、保护地、屏蔽地等。接地系统混用会导致不同的地之间产生电位差，电荷在不同电位之间移动产生电流，这种电路环流影响PLC系统的正常工作。

传输干扰是指PLC信号传输收到外界的干扰。信号传输干扰有可能发生在PLC与现场元件之间，也可能发生在PLC站与站之间。PLC与现场元件之间的信号传输一般要求带屏蔽的电缆，电缆屏蔽必须接地良好。PLC之间的信号传输则依靠西门子专用的profibus传输网络。虽然都带有屏蔽线，但工业现场运行着各种大功率、高电流电压的设备，这些设备起停或者运行时剧烈变化的电流电压会影响附近PLC的信号传输。

2 提高西门子PLC系统抗干扰能力

工业领域不少干扰源是无法避免的。因此，提高PLC系统的抗干扰能力是最有效途径，而提高抗干扰能力手段分为硬件和软件两方面。下面将介绍一种抗传输干扰的硬件——西门子RS485中继器。

3 西门子RS485中继器简介

西门子RS485中继器是解决西门子PLC在信号传输上抗干扰问题的有效手段，也是远距离数据传输增强信号的重要方式。按照Profibus网络规范，当网络硬件超过32个或波特率对应的网络通讯距离超过规范时，就需要使用RS485中继器进行网络拓展。

西门子RS485分为两个网段，网段1和网段2，网段之间可实现物理隔离。需要注意的是M5.2是信号线A、B的接地端，用于测量信号电压时的参考地，一般不接线。如图1所示。

4 西门子RS485中继器使用

RS485中继器有上下两个网段，其中A1、B1、A1'、B1是网段1， A2、B2、A2'、B2'是网段2，信号再生是在不同网段实现的，同一网段之间不可信号再生。

RS485中继器在使用上需特别注意终端电阻的设置，错误的设置轻则不能发挥抗干扰的作用，重则断网。RS485中继器有三种拓扑方式，作为两个网络的终端设备、作为一个网络的中间设备、作为两个网络的中间设备。

作为两个网络的终端设备时，网段1和网段2的终端电阻都需设置为“on”。由于网段1和网段2各自成为一个独立网络，再加之中继器也占用网络上的一个物理位置，所以网段1和网段2都只能再增设31个DP站。另外，由于两个网段各自独立，所以网段的传输距离是倍增的。

作为一个网络的中间设备时，作为中间设备的网段终端电阻设置为“off”，其传输距离是从其起点站至其终点站的距离。

作为两个网络的中间设备时，两个网段终端电阻都设置为“off”，其传输距离都为起点站至其终点站的距离。需要注意的是，这种拓扑方式两段网络互相影响。如果网络之间不需要信号传输，最好通过网络开关实现其物理隔离。

提高PLC系统的抗干扰能力对于保证其控制系统的安全稳定有着十分重要的作用。RS485中继器正是保证西门子PLC信号传输稳定的重要手段。作者在工业现场正确合理的使用RS485中继器，曾多次解决了信号传输上的干扰问题。

参考文献

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[3]杨金香.PLC控制系统抗干扰措施探讨[J].促进科技发展，2015，6.