基于PLC控制系统的抗干扰方法研究

孙海维

摘 要：通过对PLC控制系统的硬件及软件的分析，对其产生干扰的主要来源及成因进行了具体的探讨，从电源、电缆、I/O信号防错等硬件以及定时器控制采样、计数器、监控程序等软件编程等方面提出了抗干扰的方法和措施，为PLC控制系统更好的应用提供了有力的技术支持，同时为PLC控制系统在工业领域的推广应用提供了有效的借鉴。

关键词：PLC控制系统；抗干扰；分析

前言

PLC是一种常见的控制工业生产过程的装置，以其体积小、功能强、适用范围广等优点被广泛应用在工业生产的各个控制系统中，但在实际的工作环境中，PLC仍然面对许多特别恶劣的环境，如现场设备产生的强电场及强磁场干扰、电源波形的畸变、PLC的输入及输出触点的抖动等，从而导致整个控制系统无法可靠运行，所以提高PLC控制系统的抗干扰能力是十分必要的。文章根据实际工作经验，从各个方面对PLC控制系统的主要干扰源进行了具体的分析，并提出了提高PLC控制系统抗干扰能力的方法，为工业生产的过程自动控制提供了有力的技术参考，同时也为PLC控制系统的进一步推广及应用提供了重要支撑。

1 PLC控制系统的干扰来源及危害分析

对于PLC控制系统来说，影响系统可靠性的原因很多，但最主要的干扰源有四种：电源干扰、空间辐射干扰、I/O信号线干扰以及接地系统混乱干扰。下面对这四种干扰的原因及影响进行具体分析。

1.1 电源的干扰

电源是干扰PLC控制系统的最主要的源头之一，主要分为共模干扰和差模干扰，它们引起的谐波会影响PLC控制系统的测量与控制精度，严重时会造成PLC控制系统的失控和误动作，甚至会造成系统死机。近几年来，变频器越来越多的出现在工业现场，而变频器的脉动电流及电网阻抗形成的脉动电压降会对PLC控制系统的电源形成严重的谐波干扰。

1.2 空间的辐射干扰

空间的辐射干扰主要来源于供电网络、变频设备（高频感应加热器、变频器）、大型电气设备、整流设备等。这种空间辐射通过对设备壳体、导线等的辐射干扰，造成对控制系统的干扰，具体干扰途径有两种：一是由电路感应产生，直接对PLC内部辐射；二是由通信线路的感应引入，对PLC的通信内部网络进行辐射干扰。

1.3 I/O信号线接口的干扰

I/O信号线的输入、输出受到干扰会造成逻辑数据混乱、错误干扰以及死机，有时候会造成元器件损伤。PLC控制系统由于干扰引起的I/O模块损坏造成的危害要比其他干扰造成的危害大得多。

1.4 接地线混乱造成的干扰

PLC控制系统中的接地线有很多种，如系统地线、屏蔽地线、交流地线、保护地线等，这些接地线的混乱造成各个接地点的电位不一致，从而影响PLC控制系统的逻辑运算、数据储存，甚至会造成系统的死机、测控信号失真以及错误动作，影响了整个系统的正常运转。

2 PLC控制系统的抗干扰措施

在工业生产过程中，为了保证PLC控制系统的稳定可靠运行，通常采用的措施有三种：抑制干扰源、切断（或衰减）干扰传播途径、提高系统的抗干扰能力，在具体进行PLC控制系统的抗干扰设计时，通常从硬件和软件两个方面进行设计。

2.1 PLC控制系统的硬件抗干扰设计

由上文分析的PLC控制系统的干扰源，可以从电源、电缆、I/O信号、接地方式四个方向对PLC控制系统的硬件系统进行防干扰设计，具体如下：（1）电源的设计。当PLC控制系统在干扰要求较强的场合工作时，可以对PLC的交流电源进行优化设计，在电源输入端加入带屏蔽层的隔离变压器和滤波结构，通过滤波结构去除共模干扰和差模干扰，通过隔离变压器抑制外来干扰，提高系统的抗干扰能力。（2）电缆的选型及布线设计。在进行PLC控制系统设计时，对于不同的信号类型要采用不同型号的电缆传输，尤其对于低频信号、传输较远的信号、高速信号等，要选择带屏蔽的多芯电缆或双绞线电缆，在电缆布线时，要主动减速电缆的辐射电磁干扰，尤其不要将PLC控制系统的电源线与变频装置的线缆铺设在一起，应该将电线按用途分层铺设，PLC控制系统的电源线距离其他线缆的距离不得低于200mm。（3）I/O信号线的接口防干扰设计。对于I/O信号线，当PLC的输入信号源为晶体管或光电开关时，输出元件为双向晶闸管，可以通过将这类输入、输出端作为并联旁路电阻来减少PLC的输入电流及外部负载的电流，同样也可以通过在输入端加入RC滤波环节抑制窜入脉冲的干扰，在输出端并联RC电流抑制器，减小漏电流的干扰；当输入线的干扰电源和干扰电流较大导致光电耦合器失效时，可以通过小型继电器来进行隔离；当PLC输出驱动交流接触器时，可以在负载线圈上并联RC吸收电路；当PLC驱动直流接触器时，可以在负载线圈上并联一个二极管吸收反电动势，抑制干扰。（4）接地线的改进设计。工业现场常用的接地方式通常有三种：直接接地方式、浮地方式、电容接地方式，对于PLC控制系统装置应该采用直接接地方式，即将布置PLC控制系统需要接地的各个点以单独的接地线从柜体中心接地点引导接地极，保证电位一致，如果装置的间距太大，要采用较大截面的铜母线从柜体中心接地点连接到接地极，一定要避免多点接地，同时接地线的铜导线截面不得小于22mm2，总母线不得小于60mm2，对于屏蔽线和屏蔽层，如果信号源接地，要将其在信号侧接地，如果信号源不接地，要将其在PLC侧接地。

2.2 PLC的软件防干扰设计

由于PLC控制系统的干扰源的复杂，硬件措施无法完全屏蔽所有的干扰，所以可以利用PLC控制系统的软件设计进行抗干扰处理，常用的措施有数字滤波、定时器控制采样、信息冗余技术、设置“看门狗”等。（1）在进行PLC控制系统的软件设计时，为了提高信号的信噪比，可以通过软件滤波的措施提高最终数据的可靠性。具体为：软件可以连续多次进行采样，采样间隔根据A/D转换时间和信号频率综合决定，然后将采样的结果分别存到不同的数据寄存器中，经过逻辑运算取中间值或平均值作为最终输入结果，提高输入结果的可靠性。目前常用的滤波方法有中值滤波、滑动平均值滤波、算数平均值滤波、去极值平均滤波等。（2）在某些PLC控制系统的工作环境中，振动比较剧烈，行程开关或按钮可能会因为抖动而发出错误信号，通常抖动时间较短，对于这样的问题可以通过在PLC内部设置定时器进行时间延时，从而可以得到消除抖动的可靠信号，达到了抗干扰的目的。（3）在进行PLC控制系统的软件设计时，可以使用冗余信息技术提高信息的准确性，如指令重复执行就是根据需要多次得到命令信号才执行，适用于某些开光量或数字量的输入/输出，即PLC控制系统接受到两次或两次以上的执行信号才视为有效信号，如果多次接受的信号变化不定，就要停止接受，并发现报警，从而提高数据信号的可靠性，避免误操作。

此外我们还以通过使用“看门狗”方法对系统进行监控，进一步提高PLC控制系统的抗干扰能力。

3 结束语

文章根据实践经验，对PLC控制系统可能发生干扰的原因进行了具体的分析，然后从电源优化设计、电缆的选型及布置、I/O接口、接地方式等硬件以及软件编程两个方面对PLC控制系统的防干扰措施进行了详细的论述，为提高PLC控制系统的抗干扰能力提供了有力的技术支撑，但工业现场情况非常复杂，PLC控制系统的抗干扰方法应该根据实际情况进行适当取舍，综合利用软、硬件方法达到最佳效果。

参考文献

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[2]钟强，张杰.浅谈PLC控制系统的抗干扰能力[J].数字技术与应用，2010（9）：7-8.