PLC系统在工业应用中的抗干扰分析

赵　斌

（新疆焦煤集团设备工程部新疆乌鲁木齐830025）

PLC系统在工业应用中的抗干扰分析

赵斌

（新疆焦煤集团设备工程部新疆乌鲁木齐830025）

对PLC控制系统在工业应用中常见的干扰类型进行了分析，针对不同的干扰，提出了相应的抗干扰措施。

PLC 干扰 措施

可编程控制器（PLC）在实际应用中，由于工业现场情况复杂，常常受到很大的电磁干扰。其混入到输入模块的干扰或感应电压，容易引起错误的输入信号，使得程序运算出错误的结果，导致输出模块错误的输出信号。为了使PLC安全可靠的工作，因此在控制系统设计中需要采取一些有效的抗干扰措施来提高PLC控制系统的抗干扰性能力，提出以下解决措施和方法。

一、抗电源干扰的措施

由电源引入的干扰在现场较为常见。控制系统一般由电网的低压电源供电，电网的波动、大功率用电设备启停、变频器及高压设备的启停引起的谐波等，均都通过输电线路传到电源的一次端。抑制电源干扰一般可采取如下措施：

（1）PLC电源通常采用隔离变压器。即在PLC电源输入端使用隔离变压器，注意其初级绕组和次级绕组分别加屏蔽层，并将屏蔽层可靠接地，对抑制电网干扰信号有较好效果。同时，二次侧接线使用双绞线，能有效减少电源线间干扰。

（2）使用滤波器。滤波器在一定频率范围内具有较强的抗干扰能力，同时可防止将设备本身的干扰传导给电源。在干扰严重场合，常常同时使用隔离变压器和滤波器。通常较好的方法是既使用滤波器同时也使用隔离变压器，此时应先接入滤波器再接隔离变压器。

（3）采用分离供电方式。将CPU、I/O模块及仪表变送器等分别由各自的具有隔离功能的直流电源供电，并与主回路电源分开。。

（4）在重要的PLC控制系统中，应配置在线UPS供电，UPS供电既可提高电源的供电可靠性，同时具有较强的隔离性能。

二、防I/O模块干扰的措施

1.从抗干扰角度选择I/O模块。I/O模块的选择主要要考虑以下因素：输入输出信号与内部回路隔离的模块比非隔离的模块抗干扰的性能好；晶体管型的无触点输出的模块比有触点输出的模块在CPU侧的干扰小；输入模块允许的输入信号ON-OFF电压差大，抗干扰性能好；输入信号响应时间慢的输入模块抗干扰的性能好。

2.防输入信号干扰的措施。由信号线引入的干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时会将I/O模块损坏，造成系统故障。抑制信号线引人的干扰可采取如下措施：（1）输入设备的输入信号的线间干扰（差模干扰）用输入模块的滤波可以使其衰减，而输入信号线与大地间的共模干扰在PLC内部回路产生较大的电位差，是引起PLC误动作的主要原因。为了抗共模干扰，控制器须采取良好的接地加以抑制。

（2）在输入端有感性负载时，为了防止反冲击感应电动势损坏模块，对交流输入信号，可在负载两端并联电容C和电阻R，对直流输入信号，可并联续流二极管V。见图1。

图1　感性负载时输入端抗干扰措施

交流输入方式时，其中R、G的选择要适当才能起到较好的效果。一般：负载容量小于10 VA时，R可选120欧姆，C可选0.1微法；负载容量在10 VA以上时，宜选47欧姆，C宜选0.47微法。

（3）抑制输入感应电动势：由于输入信号线间、输入信号线和其他线之间存在寄生电容，通过电耦合会产生感应电动势，感应电压的存在也是干扰信号的一个重要原因。为抑制感应电动势，一般采用下面的三种措施：①一般尽量采用直流输入，在感应电压大的场合改交流输入为直流输入。②对于交流输入，可在输入端并联浪涌吸收器。③如配线距离长、电流大，感应电压大，可用继电器加以转换。

3.防输出信号干扰的措施。输出信号干扰的产生：感性负载场合，输出信号由“OFF”变为”ON”时产生突变的电流；由“ON”变为”OFF”时产生反向的感应电动势；此外电磁接触器等接点也会产生电弧。

PLC系统的开关量输出模块有继电器、晶体管、晶闸管3种输出形式，防止输出信号干扰的措施具体选择要根据负载要求来决定有以下几条：（1）如对于交流感性负载，在开关时产生干扰较大的场合，可使用双向晶闸管输出模块。（2）对于直流感性负载，通常是在线圈两端并联二极管V，二极管应尽可能靠近负载，其反向耐压应是负载电压的4倍以上。（3）对于交流感性负载，应在线圈两端并联RC浪涌吸收器，且RC愈靠近负载，抗干扰效果愈好。具体见图2。（4）交流接触器的触点闭、断产生的电弧干扰可在触点两端连接RC浪涌吸收器。

图2　感性负载时输出端抗干扰措施

从防止输出干扰的角度选择输出模块掌握在有干扰的场合尽量选用装有浪涌吸收器的模块。

4.防止外部接线干扰的措施。（1）集成电路或晶体管设备的输入信号线，应选用屏蔽电缆传输；模拟量信号是连续变化的信号，容易受干扰，须选用屏蔽电缆。（2）当模拟量信号离PLC距离较远时，应尽量采用4 mA～20 mA电流传输方式；屏蔽电缆的屏蔽线处理须注意在输入/输出侧悬空，在PLC侧接地。（3）PLC通信电缆须选择PLC生产原厂家提供或推荐的专用电缆。（4）交流输入、输出信号与直流输入、输出应分别使用各自的电缆；（5）PLC的输入、输出线要与动力线分开。（6）300 m以上的长距离场合需考虑使用中继转接或采用远程I/O站就近接入。（7）变频器到电动机的动力电缆必须要远离信号电缆。在变频器到电动机之问须增加交流电抗器，电抗器尽量和变频器在同一柜中。（8）PLC的接地线须与电源线或动力线分开。

三、接地系统引入的干扰

良好的接地可抑制内部噪声耦合，防止外部干扰侵入引起的误动作，也可防止漏电流产生的感应电压。采用单端接地和两端接地的方法是PLC控制系统抗干扰的有效手段之一。

（1）单端接地可以有效地避开地环路电流的干扰，此种方式最好。以屏蔽线的接地为例加以分析。其中ES为信号源，RS为信号源内阻，RL为负载电阻。见图3。

图3　屏蔽线的接地方法

单端接地时，假设信号电流i1从芯线流人屏蔽线，流过负载电阻RL之后，再通过屏蔽层返回信号源。因i1与i2大小相等方向相反，故产生的磁场干扰相互抵消，抑制磁场干扰同时抵制磁场耦合干扰。也可采用两端接地时，由于屏蔽层上流过的电流是i2与地环电流iG的叠加，抑制磁场耦合干扰的能力也比单端接地差。

（2）接地线应尽量避开强电回路和主回路的电缆，不能避开时应垂直相交，接地线应尽量粗不能小于2.5 mm2。

（3）接地点应尽量靠近控制器，一般接地点与控制器的距离不大于50 m。

四、软件抗干扰

硬件抗干扰措施是尽可能阻止干扰进入控制系统，但无法将干扰完全消除，对于模拟量信号常因为现场的瞬时干扰产生较大的波动，使得PLC采集的信号不真实。在信号的采集过程中，可以采用软件滤波的抗干扰措施来进一步消除信号的随机误差。

常用数字滤波方法是惯性滤波法、平均值滤波法、加权平均值滤波法。

五、结束语

工业现场环境恶劣，各类干扰的存在是不可避免的，应综合考虑以上所列的各种因素，按照现场的具体情况合理选择有效的措施来抑制干扰，从而确保PLC控制系统安全可靠工作。

［1］高钦和.可编程序控制器应用技术与设计实例