浅谈生产企业设备控制系统(PLC)通讯抗干扰措施

谢智华(葛洲坝易普力湖北昌泰民爆有限公司，湖北 宜昌 443100)

0 引言

目前，设备控制系统(PLC)广泛应用到生产企业中，可采用多种方式进行通讯，使上位机与生产设备关联在一起实现自动化控制，在生产企业实现智能制造过程中发挥了重要作用。但现实应用中PLC所处的现场环境一般都很复杂、电磁干扰严重，导致PLC通讯故障、控制出错，给工厂正常安全生产带来了很大的隐患。

PLC本身也是一个电子设备，它虽然有处理干扰的能力，但是仅依靠PLC本身的抗干扰是不够的，我们还需要选择合适的通讯方式并规范安装、布线或配套硬件设施等措施提高抗干扰能力，加强稳定运行的能力，确保控制精确无误。本文以西门子S7系列PLC常用通讯方式为例，浅谈不同的通讯方式应采取的抗干扰措施。

1 PPI(点对点)通讯抗干扰措施

PPI通讯是基于开放互联OSI 7层模型通讯结构的基础上通过令牌环实现编程通讯，该通讯模式速度低、通讯距离短，适合于单小型系统控制或I/O设备集中的短程通讯。PPI通讯网络如图1所示。该种通讯方式抗干扰措施可采用以下措施：

(1)规范电缆敷设，强电和弱电电缆严格隔离(建议使用桥架将电缆隔离敷设)。

(2)选用屏蔽控制电缆(RVVP型铜芯聚氯乙烯绝缘屏蔽聚氯乙烯护套软电缆)，控制电缆屏蔽层于控制柜处单端接地。

(3)减小PPI通讯距离，使用屏蔽双绞线制作通讯线，可选用西门子专用PPI通讯电缆(USB/PPI，电缆长度3米，购买产品号：6ES7 901 -3DB30 -0XA0)；合理选择CPU通讯速率( 西门子200系列PPI通讯最高通讯速度187.5Kbps，建议选择9.6Kbps)。

图1 PPI通讯网络

2 PROFIBUS通讯抗干扰措施

PROFIBUS现场总线通讯是一种开放式现场总线系统，其通信的结构非常精简，传输速度很高且稳定，适合CPU与I/O设备分散之间的远程通信。PROFIBUS通讯网络如图2所示。该种通讯方式抗干扰措施可采用以下措施：

(1)规范电缆敷设，强电和弱电电缆使用电缆桥架严格隔离，选用屏蔽控制电缆，控制电缆屏蔽层于控制柜处单端接地。

(2)使用西门子PROFIBUS屏蔽电缆电缆(购买产品号：6XV1830-0EH10)和西门子PROFIBUS DP头(购买产品号：6ES7972-0BA11-0XA0)，按照西门子相关接线规范制作通讯电缆，通讯线路上配套增加RS485中继器(购买产品号：6ES7972-0AA02-0XA0)对信号进行放大和隔离，延长信号传输距离。

(3)在总线网络通讯中除采用 PROFIBUS屏蔽电缆的方式减小外部信号对于系统的干扰外，在一些环境较恶劣的现场还需要采用光纤通讯的方式达到对电信号的隔离，使用单模光纤和光纤型PROFIBUS总线连接器(购买型号：单模，PFBFO2-S，德阳四星电子技术有限公司)配套做通讯线，以光电隔离措施有效的减少通讯线路上的电磁干扰，实现PROFIBUS信号稳定、远距离传输。

图2 PROFIBUS通讯网络

3 PROFINET(以太网)通讯抗干扰措施

PROFINET是一种新的以太网通讯系统，将工厂自动化和企业信息管理层IT技术有机地融为一体，同时又完全保留PROFIBUS现有的开放性。PROFINET最突出的特点是它的实时性，从过程自动化到工厂自动化再到运动控制，其实时性可以满足各种各样的应用，同时能够大大节省配置和调试费用。PROFINET通讯传输点对点发送，通讯地址为IP地址，使用网线、交换机等构成通讯网络，是以上3种通讯方式中抗干扰能力最强的，在实际应用中得到了广泛的应用。PROFINET通讯网络如图3所示。该种通讯方式增加抗干扰措施可采用以下措施：

图3 PROFINET通讯网络

(1)规范电缆敷设，强电和弱电电缆使用电缆桥架严格隔离，选用屏蔽控制电缆，控制电缆屏蔽层于控制柜处单端接地，使用超五类或超六类网线做通讯线。

(2)使用光纤和光纤收发器代替网线(如果实时性要求不高，普通的单模光纤和光纤收发器即可满足应用需求，使用网线通讯距离小于100米)实现远距离输送。

4 结语

以上三种通讯模式中均需要选择正确的硬件抗干扰措施，如做好接地措施，将交流地线、直流地线、模拟地和数字地分开(数字地和模拟地的共点地最好置悬浮方式)，地线各点之间的电位差尽可能小，尽量加粗地线(截面积大于2mm2的专用接地线，)，接地电阻应小于100Ω，接地线长度小于20m；控制端有使用变频器的，除按照EMC规则接线外，可采用加隔离变压器、使用滤波器或输出电抗器等措施对变频器产生电磁干扰进行抑制；加强PLC控制系统所处环境管理，如控制好环境温度和湿度、PLC模块等单独安装于导磁材料箱体中等。同时通过设置控制软件措施提高抗干扰能力，如采用软件数字滤波来提高有用信号真实性；调整变频器参数，选用较低的调制脉冲频率(西门子变频器参数P1800)，减少变频器的损耗和降低射频干扰发射。

生产企业工作环境复杂，存在各种各样的干扰，控制系统(PLC)通讯应提前做好设计，选择合适的通讯方式采取相应的抗干扰措施，安装过程中严格执行EMC规则及安装规范，多措并举提高抗干扰能力，确保通讯系统稳定运行，保障安全生产。