自动化设备中PLC控制系统的抗干扰实际应用

孙健

摘 要：为了提高企业的生产效率和技术含量，电气自动化设备被广泛应用到企业的生产中，从而改善企业的自动化程度和人工替代降低成本。PLC系統有技术成熟、低成本、易维护的特点被广泛应用。PLC控制系统的可靠性直接影响到设备的生产的安全和经济效益。而在复杂和多线路的自动化设备中，会有因为电缆线被其他信号源干扰带来误动作和不动作的问题，轻则死机重则撞机或者造成安全事故，本文简要分析了PLC控制系统干扰信号的来源和主要的应对措施。

关键词：PLC控制系统；信号干扰；抗干扰措施

1 PLC系统中的主要干扰源

1.1 控制系统外

来自系统外的干扰主要是通过电源和信号线引入的，其中主要是在工业现场的干扰比较明显。PLC控制系统外部的主要干扰源如：雷电、厂务电压不稳，其他机台的开关机导致的操作浪涌，与其他设备过近或动力线缠绕等造成的干扰。还有一些外部的如A/D转换设备和各种输入信号装置等。

电网干扰窜入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源（如CPU电源、I O电源等）、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入。另外，各种大功率用电设备所产生的交流磁场也是主要的干扰源。尤其是电网内部的变化、开关操作产生的浪涌、大型电力设备的起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态过程的冲击等，均会通过输电线路传到电源原边。这些因素会对接入同一个电网的PLC的供电电源造成严重的干扰。

1.2 控制系统内

系统内部的干扰主要是因为系统中的元器件与电路相互之间存在的电磁辐射产生的，但这些内部结构的相互作用并不能在应用单位得到改变，只能通过生产厂商对生产工艺进行控制，从而消除干扰，所以应用的时候要对认真仔细地挑选需要的系统和设备。对于开关量输出来说，晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出时PLC的三种输出形式，在实际的选择过程中需要根据负载要求来确定，在输出形式的选择出现错误的时候，会影响系统的正常运行。另外，PLC的输出端子带负载能力是有限的，当实际负载大于规定极限值的时候，要以接触器和继电器的外接来保障系统的正常运行。对于系统的可靠性而言，其主要会受到电磁阀、接触器和外接继电器等元件的影响，其中元件的质量是决定性因素。

2 抗干扰措施

2.1 通过软件程序来消除干扰

通过软件来对系统收到的干扰进行消除，主要是通过一定的计算方式对信号进行数学处理，让干扰信号的数量和强度得到有效控制，从而减小系统受干扰的影响。

对于PLC系统而言，其中包含有多种软件，如计数器和定时器等，通过对这些软件的使用，能够有效消除输入元件产生的错误信号，从而保证输出元件的正常运转，从而提升系统的抗干扰能力。其中通过PLC内部定时器的运用，主要是对输入端的错误信号进行屏蔽处理。而通过内部计数器的应用，则能完成对输入元件触点抖动干扰进行消除，从而防止系统受到干扰信号影响。

在软件设计中，消除干扰的措施还有很多种，比如复执指令、故障诊断、自恢复功能等。

2.2 硬件抗干扰设计

2.2.1 硬体选型的抗干扰设计

①在实际的硬件选型中，可使用双向晶闸管输出模块作为交流负载，从而避免开、关时对系统产生较大的干扰。②通过将RC浪涌吸收电路与触电的两端相连，从而有效避免交流接触器开和关的时候在触点上产生电弧干扰。③在PLC控制盘、柜内，用中间继电器进行中间驱动负载的方法是有效的。选用晶体管输入的PLC或端子台，当以光电开关或晶体管作为输出类型进行信号输入的时候，关闭电源的时候将会产生较大的漏电流，由于继电器具有较高的灵敏度，所以在漏电流超出规定范围的时候就会产生错误信号。

2.2.2 电力电缆线架设时的抗干扰设计

对于控制执行功率的系统而言，应该将其用专线直接连接到主总线供电的低压配电室，并且要尽量控制线路的长度。同时还要尽量在系统中使用具有滤除谐波功能的调节装置，从而让PLC 控制系统的电源系统具有更高的可靠性。为了能较好地抑制电网引入谐波对系统造成的干扰，可以使用隔离变压器内部调节装置和吸收装置。

在实际的电线敷设中，应该让相邻的电线保持平行的状态，并且要在中间留下足够的间距用于防止彼此间的电磁干扰。在进行信号电缆埋设的时候，需要将不同的电压或电流信号电缆分开，尽量让两者之间的距离不会出现互相干扰的情况。在PLC控制系统中，应尽量避免将单芯电缆用于模拟信号和数字信号的传输，并且不能将电源电缆和信号电缆装在同一个集装线槽内。另外，为了防止电缆分支，需要在敷设的时候尽量采用相对完整的信号电缆。为了保证信号的正常传输，信号电缆的敷设过程中应该尽量采用镀锌金属管对接头进行屏蔽。

2.2.3 接地系统的抗干扰设计

接地是提高电子设备稳定性的有效手段之一，对于地面PLC控制系统而言，必须要重视其接地工作。正确的接地，既能抑制外部干扰的影响，又能抑制该设备影响其他设备。接地分为：保护接地、逻辑接地、屏蔽接地、本案接地。

屏蔽线系统的接地也很重要。让其从PLC一侧直接与地面连接，这样才能保证其与PLC控制系统之间不会出现相互的信号干扰。如果屏蔽线两端都接地，就会存在电位差，导致电流流过，如果发生异常状况，如雷击，此电流将更大，通过屏蔽层与芯线之间的耦合干扰信号回路。若采用公共接地，禁止采用与其他设备串联接地的方式。

3 总结

自动化控制在企业中的作用越来越大，PLC控制的更是广泛，因为干扰引起的I/O信号工作异常和精度大大降低自动化导致的元器件损伤，会误动作导致撞机，死机或产品报废，或者工安事件都将产生严重后果。所以在进行电气系统的设计时就应该考虑到干扰可能带来的影响以及要采取的应对措施，这样才能发挥出自动化的优越性。

参考文献

[1]覃桂全.电气自动化设备中PLC控制系统的应用分析[J].时代农机，2015，42（12）.

[2]桑吴刚.PLC技术在电气设备自动化控制中的应用[J].科技资讯，2012，22：131.

[3]殷佳琳，谭孝辉，罗华富.PLC控制系统干扰及抗干扰措施研究[J]. 控制工程，2013，04：766-768+772.