PLC运行的干扰类型及来源分析

高毅 罗振钢

摘要：随着自动化技术的不断发展，PLC控制系统的功能越来越强大，被广泛应用于工业生产中，能够对整个生产过程进行系统全面地有效控制，促进了生产效率的提高。但是PLC控制设备的工作环境往往较为恶劣，这就导致其在实际的工作过程中会受到各种不利因素的影响，进而导致PLC控制系统无法正常运行，可能造成系统出现失控的问题，这就会给安全生产带来不小的安全隐患。因此，需要对PLC控制系统在运行过程中所受到的干扰类型和来源进行深入地分析研究，为制定科学合理的控制措施提供可靠保障。本文对PLC运行的干扰类型及来源进行分析。

关键词：PLC;干扰;信号源

1PLC运行的干扰类型

对PLC控制系统造成干扰的干扰源，往往都出现在电流和电压发生剧变化的位置处。其原理是电流发生变化就会形成磁场，进而对PLC控制设备造成电磁辐射影响，而磁场发生改变就会形成电流，电磁高速就会产生电磁波，进而影响PLC设备的正常运行。根据干扰模式的不同，PLC设备所受到的电磁干扰可以分为共模干扰和差模干扰，下面将分别进行论述。

1.1共模干扰

共模干扰是指干扰电压信号在信号线和回线上所形成的电压幅度相同，该电压参考周围的大地电位，在干扰电压的影响下，导线与参考物体之间就构成了电流回路。通常情况下，造成共模电流的原因主要有：一是PLC外部的电磁场在其内的导线上形成感应电压，在感应电压的影响下，就会在PLC内的回路里产生感应电流;二是PLC控制设备两端所连接的地电位不同，进而会形成一定的有电位差，在该电位差的影响下就会形成感应电流;三是PLC控制设备接地不良，导致其与大地之间具有一定的电位差，进而会在PLC控制系统中的回路里形成共模电流。在共模电流的影响下，会产生非常强烈的电磁辐射，会对PLC控制设备的稳定运行带来不利影响，导致其无法正常运行。

1.2差模干扰

差模干扰是指干扰电压存在于信号线与回线之间，而干扰电流则是在导线与参考物体所构成的回路中进行流动。空间电磁场在信号间耦合感应所形成的电压和不平衡电路转换共模干扰而形成的电压，会对PLC控制信号造成干扰，导致PLC控制系统的测量精度发生较大的波动，进而影响PLC系统对设备的正常控制。

2PLC运行的干扰来源

2.1空间电磁辐射

PLC控制系统所受到的空间电磁辐射干扰来源非常广泛，常见的来源主要包括电力网路、雷电、无线电广播、雷达以及高频感应加热设备等，其分布范围非常广泛，所造成的影响也较大。当PLC控制系统工作环境中的电磁辐射超过正常工作所允许的最大值时，就会受到射频所造成的辐射干扰。空间电磁辐射对PLC控制系统所造成的不利影响主要有：一是对PLC的内部设备进行辐射，进而在回路中形成电路感应造成影响;二是对PLC控制系统的通信网络进行辐射影响，在通信线路中形成电路感应而造成间接的不利影响。电磁辐射干扰与现场设备的安装位置和设备工作过程中所产生的电磁场之间具有密切的关系，尤其是与频率之间具有直接关系。

2.2电源系统电磁感应

PLC控制系统设备的电源主要是由电网提供，由于其供电电网的供电范围非常大，导致其供电线路也非常复杂，在空间电磁场的作用下，就会造成供电线路中的电流和电压发生一定的变化。尤其是供电电网内部的电压和电流发生变化，都会影响PLC控制系统的正常工作。例如，操作供电电网开关时形成的浪涌、大型电力设备启停和交直流传动装置引起的谐波以及电网短路时形成的暂态冲击等情况，都会经由供电线路传输给PLC控制设备，进而影响PLC控制设备的正常运行。

2.3信号线引入

PLC控制系统中的信号线负责将各种控制指令快速准确地传输至相应的工作设备中，进而确保各个设备之间能够进行有效地协调配合工作。在控制信号的传输过程中，难以避免会受到来自系统外部信号的侵入，这就会影响正确信号的顺利傳输，进而导致部分设备接收错误的控制指令，无法正常运行。外部干扰信号的侵入会导致I/O信号出现工作异常，导致PLC控制系统无法进行准确的测量工作，进而造成系统的测量精度大大降低，严重时还可能导致PLC控制系统内部的元器件发生不同程度的损伤。

2.4接地系统

PLC控制系统在工作过程中需要进行良好地接地，进而能够对电磁干扰起到有效的抑制作用，而且还能避免系统设备向外发出干扰信号。如果PLC控制系统没有进行正确地接地或者接地系统出现故障，就会导致系统出现严重的干扰信号，造成PLC控制系统指令无法得到有效传输。PLC接地系统中的地线主要包括系统地、屏蔽地、交流地以及保护地等，各个部分起到不同的保护作用。当接地系统发生故障后，就会导致PLC不同接地点的电位分布不均，进而在不同接地点之间形成一定的电位差，从而形成地环路电流，这会导致PLC控制系统内的电流紊乱，影响其正常工作。此外，PLC控制系统受到变化磁场的影响后，其内部的屏蔽层也会出现一定大小的感应电流，再通过屏蔽层与芯线之间耦合形成的回路，就会对PLC控制系统的正常工作造成不利影响。

2.5PLC系统内部的干扰

在PLC控制系统的工作过程中，当内部的元器件和电路所形成的电磁辐射超过正常工作允许的最大数值后，就会在内部对PLC的正常工作造成不利影响，这往往是由系统内部的电磁兼容设计不合理造成的。例如，PLC控制系统中的逻辑电路之间会进行相互辐射，对模拟电路造成不利影响，模拟地与逻辑地之间的相互影响和使用的元器件之间无法进行有效匹配，这都会给PLC控制系统带来系统内部的干扰。

3PLC的抗干扰措施

3.1抗干扰的硬件措施

（1）电源的应对措施。电源的进线采用屏蔽线，在条件允许的情况下，加设隔离变压器和整流滤波装置。

（2）输出端的应对措施。对于强电场所，可以增设相应的小型继电器线圈，再将继电器触点与PLC的输出端进行有效连接。

（3）安装布线的应对措施。确保PLC与能够产生高次谐波设备之间的距离不小于200mm，PLC的信号线与伺服驱动器、步进驱动器以及变频器等的动力线之间的距离不小于300mm。

3.2抗干扰的软件措施

（1）改变滤波时间常数。通过改变数据寄存器中的数值和对REFF输入相应的刷新指令（带滤波器设定），进而能够改变滤波时间和避免大部分的干扰。但是，采用该种方法会增加输入端信号为ON的时间，进而会对实时控制带来一定的影响。

（2）选择合适的输入端。当PLC采用高速计数后，其输入端X0～X7的输入滤波器的滤波时间将会自动调整。当干扰脉冲的宽度很窄，而输入脉冲的频率也较低时，可以选择X2～X7作为输入端，能有效避免干扰。

（3）软件延时。由于改变滤波时间常数的方法适用范围有限，对于干扰信号ON闭合时间超过60ms的情况则无能为力。因此，可以在程序中加入相应的延时软件，通过时间继电器延迟一段时间再将其驱动输出，具体措施如图1所示。

结束语

总而言之，PLC控制系统具有非常优良的控制性能，被广泛应用于工业生产过程中，促进了工作效率的不断提高。但由于其工作环境较为恶劣，存在诸多干扰源，会对其正常工作造成不利影响。通过对PLC控制系统运行过程中的干扰类型和干扰源进行深入地分析研究，为制定科学合理的改善措施提供可靠的资料支持。

参考文献

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[2]刘天生，张南.电磁干扰生产设备PLC的故障分析[J].设备管理与维修，2018（16）：169-170.