PLC控制系统的抗干扰措施

郑鲁平++陈连忠++陈海群++林国胜

摘 要目前PLC控制系统因其良好的可靠性和方便的应用扩展能力在风洞控制系统中已被广泛应用，但因实验室多种设备和外部因素的影响也干扰着PLC控制系统的稳定运行，这直接影响到实验室的安全生产和经济运行，因此提高PLC系统的抗干扰能力非常重要。

【关键词】PLC控制系统 电磁干扰 抗干扰措施

PLC可编程逻辑控制器，以计算机技术作为基础，用于执行面向用户的指令，包括执行逻辑运算、定时、技术、算数操作以及顺序控制等，通过数字式输入/ 输出或者模拟式输入/ 输出控制生产过程，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点。但是当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成PLC程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，造成设备的失控和误动作，从而影响PLC控制系统的可靠性及实验设备的正常运行。

1 实验室控制系统中的主要干扰源

风洞实验室用电设备较多，现场环境复杂，设备运行、电缆铺设、电网扰动等多种因素导致试验现场的电磁干扰彼此叠加相互影响，目前在试验现场主要的干扰源有以下几个方面：

交直流变频电气设备和高频感应加热设备等产生的空间电磁辐射干扰；PLC交流供电电源的干扰；设备控制信号线铺设不当引入的干扰；多种用电设备接地不当导致的信号干扰和PLC系统内部元器件电磁兼容相互影响所导致的信号干扰。

2 PLC控制系统抗干扰措施

2.1 PLC控制系统的选择

首先PLC控制系统要选择可靠性能高、使用操作及后期维护方便，抗干扰性能较好，易于扩容的PLC控制系统。PLC机型、容量、I /O 模块、电源等单元的选择要根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（ 如接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I /O点数。

2.2 使用隔离性能好的稳压电源提高系统的隔离能力

PLC控制系统的电源侵入干扰是一种较为常见的干扰，在PLC的交流电源输入端配置UPS不间断电源，因UPS电源自带的稳压、滤波和整流功能模块以及输入、输出电源的隔离可以有效防止电网波动和异常杂波带来的外部干扰，提高系统隔离能力，保证PLC前端供电的安全可靠。

由于PLC控制系统的输入供电源有一部分是有直接的电气连接造成干扰，还有变送器供电的电源引起的干扰，对于这种干扰选用性能较好的直流稳压电源提供直流24V供给输入端，必要时在信号输入端采取一些隔离措施，包括使用分布参数大的隔离变压器，利用多次隔离技术和屏蔽漏感技术形成抑制带大而分布电容很小的配电器用于共用信号仪表和变送器，从而尽可能减少PLC控制系统的干扰。

2.3 良好的接地系统

控制系统电气设备接地的目的通常有两个：

（1）为了设备使用安全；

（2）是为了抑制干扰。

完善的接地系统是PLC 控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。PLC 控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地点使用不当会在不同接地点间产生接地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。

2.3.1 安全接地

将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。如电源漏电或柜体带电，可从安全接地导入地下，不会对人造成伤害。

2.3.2 系统接地

将PLC 设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起，保证PLC 控制器与所控的各个设备同电位的接地方法叫系统接地。接地电阻值不大于4Ω。

2.3.3 信号与屏蔽接地

模拟信号一般都采用屏蔽电缆来提高信号传输过程中信号的抗干扰能力，信号线必须要有唯一的参考地，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地环路”。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC 侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并上锡后进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接点。

2.4 电缆的选择与铺设

不同类型的信号分别采用不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层铺设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号；避免信号线与动力电缆靠近平行铺设，以减少电磁干扰。动力线、控制线以及PLC 的电源线和I/O 线应分别配线。将PLC 的IO 线和大功率线分开走线，如必须在同一线槽内，应分开捆扎，若条件允许，分槽走线最好，这不仅能使其有尽可能大的空间距离，还可利用线槽的屏蔽功能将干扰降到最低限度。PLC 的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。PLC 的布线尽量远离高压线和动力线，避免并行。

2.5 硬件安装的抗干扰措施

信号在接入PLC 前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰；在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。PLC 应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC 应远离动力线。PLC 控制系统输出端口的抗干擾措施如果PLC控制系统的输出量变化不多，则应该选用继电器型输出模块这种输出模块接触点的工作电压范围较为宽泛，能够承受较强的瞬时过电压和瞬时过电流。

2.6 从软件设计方面提高系统抗干扰能力

PLC控制系统每完成一次循环的各个步骤所使用的时间都是固定不变的，行程开关或者其他的敏感元件与对应的步骤都是在同一时间发出相应的信号。根据PLC的这一特征，可以采用内部定时器，限定PLC控制系统只在行程开关或光电开关正常发出信号的时间内进行采样，这样就可以对其他时间发出的干扰信号进行有效屏蔽。此外，还可以利用PLC控制系统的定时器或者内部计数器，设计相应的程序，将输入元件的错误信号进行屏蔽，这样输出元件就不会发出错误动作，从而也提高了PLC控制系统的抗干扰性。

3 结束语

PLC 控制系统中的抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，在分析PLC控制系统各种干扰源的基础上，采取相应的抗干扰措施，从而减少甚至杜绝对于PLC控制系统的干扰，尽量提高PLC控制系统的抗干扰能力，合理有效地抗干扰，才能使PLC 控制系统正常工作。

参考文献

[1]王洪伟.PLC控制系统设计及抗干扰分析及措施[J].中国校外教育，2011.

[2]覃莉，张义.电力系统中PLC控制系统的抗干扰分析[J].数控技术，2012.

[3]何敏.浅论PLC控制系统抗干扰的因素和措施[J].云南科技管理，2012.

作者单位

中国航天空气动力技术研究院 北京市 100074