PLC控制系統的干擾源及抗干擾措施

　　一、PLC控制系統中干擾及其來源

　　現場電磁干擾是PLC控制系統中最常見也是最易影響系統可靠性的因素之一，所謂治標先治本，找出問題所在，才能提出解決問題的辦法。因此必須知道現場干擾的源頭。

　　(1)干擾源及一般分類

　　影響PLC控制系統的干擾源，大都產生在電流或電壓劇烈變化的部位，其原因是電流改變產生磁場，對設備產生電磁輻射;磁場改變產生電流，電磁高速產生電磁波。通常電磁干擾按干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。

　　共模干擾是信號對地的電位差，主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態(同方向)電壓疊加所形成。

　　共模電壓通過不對稱電路可轉換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞(這就是一些系統I/O模件損壞率較高的主要原因)，這種共模干擾可為直流，亦可為交流。

　　差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模干擾所形成的電壓，這種干擾疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。

　　(2)PLC系統中干擾的主要來源及途徑

　　強電干擾

　　PLC系統的正常供電電源均由電網供電。由于電網覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓。尤其是電網內部的變化，刀開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網短路暫態沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。

　　柜內干擾

　　控制柜內的高壓電器，大的電感性負載，混亂的布線都容易對PLC造成一定程度的干擾。

　　來自信號線引入的干擾

　　與PLC控制系統連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。

　　此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾，這往往被忽視;二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。

　　由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。

　　來自接地系統混亂時的干擾

　　接地是提高電子設備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發出干擾;而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統將無法正常工作。

　　來自PLC系統內部的干擾

　　主要由系統內部元器件及電路間的相互電磁輻射產生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。

　　變頻器干擾

　　一是變頻器啟動及運行過程中產生諧波對電網產生傳導干擾，引起電網電壓畸變，影響電網的供電質量;二是變頻器的輸出會產生較強的電磁輻射干擾，影響周邊設備的正常工作。

　　二、PLC控制系統的主要抗干擾措施

　　(1)電源的合理處理，抑制電網引入的干擾

　　對于電源引入的電網干擾可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為1:1的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾，還可以在電源輸入端串接LC濾波電路。

　　(2)安裝與布線

　　●動力線、控制線以及PLC的電源線和I/O線應分別配線，隔離變壓器與PLC和I/O之間應采用雙膠線連接。將PLC的IO線和大功率線分開走線，如必須在同一線槽內，分開捆扎交流線、直流線，若條件允許，分槽走線最好，這不僅能使其有盡可能大的空間距離，并能將干擾降到最低限度。

　　●PLC應遠離強干擾源如電焊機、大功率硅整流裝置和大型動力設備，不能與高壓電器安裝在同一個開關柜內。在柜內PLC應遠離動力線(二者之間距離應大于200mm)。與PLC裝在同一個柜子內的電感性負載，如功率較大的繼電器、接觸器的線圈，應并聯RC消弧電路。

　　●PLC的輸入與輸出最好分開走線，開關量與模擬量也要分開敷設。模擬量信號的傳送應采用屏蔽線，屏蔽層應一端或兩端接地，接地電阻應小于屏蔽層電阻的1/10。

　　●交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜，輸出線應盡量遠離高壓線和動力線，避免并行。

　　(3)I/O端的接線

　　輸入接線

　　●輸入接線一般不要太長。但如果環境干擾較小，電壓降不大時，輸入接線可適當長些。

　　●輸入/輸出線不能用同一根電纜，輸入/輸出線要分開。

　　●盡可能采用常開觸點形式連接到輸入端，使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致，便于閱讀。

　　輸出連接

　　●輸出端接線分為獨立輸出和公共輸出。在不同組中，可采用不同類型和電壓等級的輸出電壓。但在同一組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等級的電源。

　　●由于PLC的輸出元件被封裝在印制電路板上，并且連接至端子板，若將連接輸出元件的負載短路，將燒毀印制電路板。

　　●采用繼電器輸出時，所承受的電感性負載的大小，會影響到繼電器的使用壽命，因此，使用電感性負載時應合理選擇，或加隔離繼電器。

　　●PLC的輸出負載可能產生干擾，因此要采取措施加以控制，如直流輸出的續流管保護，交流輸出的阻容吸收電路，晶體管及雙向晶閘管輸出的旁路電阻保護。

　　(4)正確選擇接地點，完善接地系統

　　良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發生的電壓沖擊危害。接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統是PLC控制系統抗電磁干擾的重要措施之一。

　　PLC控制系統的地線包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統混亂對PLC系統的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環路電流，影響系統正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當發生異常狀態如雷擊時，地線電流將更大。

　　此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內又會出現感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。若系統地與其它接地處理混亂，所產生的地環流就可能在地線上產生不等電位分布，影響PLC內邏輯電路和模擬電路的正常工作。

　　PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運算和數據存貯，造成數據混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。

　　●安全地或電源接地

　　將電源線接地端和柜體連線接地為安全接地。如電源漏電或柜體帶電，可從安全接地導入地下，不會對人造成傷害。

　　●系統接地

　　PLC控制器為了與所控的各個設備同電位而接地，叫系統接地。接地電阻值不得大于4Ω，一般需將PLC設備系統地和控制柜內開關電源負端接在一起，作為控制系統地。

　　●信號與屏蔽接地

　　一般要求信號線必須要有唯一的參考地，屏蔽電纜遇到有可能產生傳導干擾的場合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地環路”。信號源接地時，屏蔽層應在信號側接地;不接地時，應在PLC側接地;信號線中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接并進行絕緣處理，一定要避免多點接地;多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏蔽電纜連接時，各屏蔽層應相互連接好，并經絕緣處理，選擇適當的接地處單點接點。

　　(5)對變頻器干擾的抑制

　　變頻器的干擾處理一般有下面幾種方式：

　　加隔離變壓器，主要是針對來自電源的傳導干擾，可以將絕大部分的傳導干擾阻隔在隔離變壓器之前。

　　使用濾波器，濾波器具有較強的抗干擾能力，還具有防止將設備本身的干擾傳導給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。

　　使用輸出電抗器，在變頻器到電動機之間增加交流電抗器主要是減少變頻器輸出在能量傳輸過程中線路產生電磁輻射，影響其它設備正常工作。

　　要提高PLC控制系統可靠性，一方面要求PLC生產廠家提高設備的抗干擾能力。另一方面，要求設計、安裝和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統的抗干擾性能。