PLC控制系統應用的抗干擾問(wèn)題

分析了電磁干擾及其對PLC控制系統干擾機制，指出工程應用時(shí)必須綜合考慮控制系統抗干擾性能，并結合工程提出了幾種有效抗干擾措施。

　　1 概述

　　科學(xué)技術(shù)發(fā)展，PLC工業(yè)控制中應用越來(lái)越廣泛。PLC控制系統可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)**生產(chǎn)和經(jīng)濟運行，系統抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統可靠運行關(guān)鍵。自動(dòng)化系統中所使用各種類(lèi)型PLC，有是集中安裝控制室，有是安裝生產(chǎn)現場(chǎng)和各電機設備上，它們大多處強電電路和強電設備所形成惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統可靠性，要求PLC生產(chǎn)廠(chǎng)家用提高設備抗干擾能力；另，要求工程設計、安裝施工和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問(wèn)題，有效增強系統抗干擾性能。

　　2 電磁干擾源及對系統干擾

　　2.1 干擾源及干擾一般分類(lèi)

　　影響PLC控制系統干擾源與一般影響工業(yè)控制設備干擾源一樣，大都產(chǎn)生電流或電壓劇烈變化部位，這些電荷劇烈移動(dòng)部位就是噪聲源，即干擾源。

　　干擾類(lèi)型通常按干擾產(chǎn)生原因、噪聲干擾模式和噪聲波形性質(zhì)不同劃分。其中：按噪聲產(chǎn)生原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲波形、性質(zhì)不同，分為持續噪聲、偶發(fā)噪聲等；按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用分類(lèi)方法。共模干擾是信號對電位差，主要由電網(wǎng)串入、電位差及空間電磁輻射信號線(xiàn)上感應共態(tài)（同方向）電壓迭加所形成。共模電壓較大，特別是采用隔離性能差配電器供電室，變送器輸出信號共模電壓普遍較高，有可高達130V以上。共模電壓不對稱(chēng)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干擾電壓，主要由空間電磁場(chǎng)信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模干擾所形成電壓，這種讓直接疊加信號上，直接影響測量與控制精度。

　　2.2 PLC控制系統中電磁干擾主要來(lái)源

　　2.2.1 來(lái)自空間輻射干干擾

　　空間輻射電磁場(chǎng)（EMI）主由電力網(wǎng)絡(luò )、電氣設備暫態(tài)過(guò)程、雷電、無(wú)線(xiàn)電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產(chǎn)生，通常稱(chēng)為輻射干擾，其分布極為復雜。若PLC系統置于所射頻場(chǎng)內，就回收到輻射干擾，其影響主要兩條路徑：一是直接對PLC內部輻射，由電路感應產(chǎn)生干擾；對PLC通信內網(wǎng)絡(luò )輻射，由通信線(xiàn)路感應引入干擾。輻射干擾與現場(chǎng)設備布置及設備所產(chǎn)生電磁場(chǎng)大小，特別是頻率有關(guān)，一般設置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護。

　　2.2.2 來(lái)自系統外引線(xiàn)干擾

　　主要電源和信號線(xiàn)引入，通常稱(chēng)為傳導干擾。這種干擾我國工業(yè)現場(chǎng)較嚴重。

　?。?）來(lái)自電源干擾

　　實(shí)踐證明，因電源引入干擾造成PLC控制系統故障情況很多，筆者某工程調試中遇到過(guò)，后更換隔離性能更高PLC電源，問(wèn)題才到解決。

　　PLC系統正常供電電源均由電網(wǎng)供電。電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而線(xiàn)路上感應電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內部變化，入開(kāi)關(guān)操作浪涌、大型電力設備起停、交直流傳動(dòng)裝置引起諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都輸電線(xiàn)路傳到電源原邊。PLC電源通常采用隔離電源，但其機構及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實(shí)際上，分布參數特別是分布電容存，**隔離是不可能。

　?。?）來(lái)自信號線(xiàn)引入干擾

　　與PLC控制系統連接各類(lèi)信號傳輸線(xiàn)，傳輸有效各類(lèi)信息之外，總會(huì )有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是變送器供電電源或共用信號儀表供電電源串入電網(wǎng)干擾，這往往被忽視；二是信號線(xiàn)受空間電磁輻射感應干擾，即信號線(xiàn)上外部感應干擾，這是很?chē)乐?。由信號引入干擾會(huì )引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時(shí)將引起元器件損傷。隔離性能差系統，還將導致信號間互相干擾，引起共系統總線(xiàn)回流，造成邏輯數據變化、誤動(dòng)和死機。PLC控制系統因信號引入干擾造成I/O模件損壞數相當嚴重，由此引起系統故障情況也很多。

　?。?）來(lái)自接系統混亂時(shí)干擾

　　接是提高電子設備電磁兼容性（EMC）有效手段之一。正確接，既能抑制電磁干擾影響，又能抑制設備向外發(fā)出干擾；而錯誤接，會(huì )引入嚴重干擾信號，使PLC系統將無(wú)法正常工作。

　　PLC控制系統線(xiàn)包括系統、屏蔽、交流和保護等。接系統混亂對PLC系統干擾主各個(gè)接點(diǎn)電位分布不均，不同接點(diǎn)間存電位差，引起環(huán)路電流，影響系統正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接，電纜屏蔽層兩端A、B都接，就存電位差，有電流流過(guò)屏蔽層，當發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí)，線(xiàn)電流將更大。

　　此外，屏蔽層、接線(xiàn)和大有可能構成閉合環(huán)路，變化磁場(chǎng)作用下，屏蔽層內有會(huì )出現感應電流，屏蔽層與芯線(xiàn)之間耦合，干擾信號回路。若系統它接處理混亂，所產(chǎn)生環(huán)流就可能線(xiàn)上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC內邏輯電路和模擬電路正常工作。PLC工作邏輯電壓干擾容限較低，邏輯電位分布干擾容易影響PLC邏輯運算和數據存貯，造成數據混亂、程序跑飛或死機。模擬電位分布將導致測量精度下降，引起對信號測控嚴重失真和誤動(dòng)作。

　　2.2.3 來(lái)自PLC系統內部干擾

　　主要由系統內部元器件及電路間相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路影響，模擬與邏輯相互影響及元器件間相互不匹配使用等。這都屬于PLC制造廠(chǎng)對系統內部進(jìn)行電磁兼容設計內容，比較復雜，作為應用部門(mén)是無(wú)法改變，可不必過(guò)多考慮，但要選擇具有較多應用實(shí)績(jì)或考驗系統。

　　3 PLC控制系統工程應用抗干擾設計

　　保證系統工業(yè)電磁環(huán)境中免受或減少內外電磁干擾，必須從設計階段開(kāi)始便采取三個(gè)方面抑制措施：抑制干擾源；切斷或衰減電磁干擾傳播途徑；提高裝置和系統抗干擾能力。這三點(diǎn)就是抑制電磁干擾基本原則。

　　PLC控制系統抗干擾是一個(gè)系統工程，要求制造單位設計生產(chǎn)出具有較強抗干擾能力產(chǎn)品，且有賴(lài)于使用部門(mén)工程設計、安裝施工和運行維護中予以**考慮，并結合具有情況進(jìn)行綜合設計，才能保證系統電磁兼容性和運行可靠性。進(jìn)行具體工程抗干擾設計時(shí)，應主要以下兩個(gè)方面。

　　3.1 設備選型

　　選擇設備時(shí)，首先要選擇有較高抗干擾能力產(chǎn)品，其包括了電磁兼容性（EMC），尤其是抗外部干擾能力，如采用浮技術(shù)、隔離性能好PLC系統；其次還應了解生產(chǎn)廠(chǎng)給出抗干擾指標，如共模擬制比、差模擬制比，耐壓能力、允許多大電場(chǎng)強度和多高頻率磁場(chǎng)強度環(huán)境中工作；另外是靠考查其類(lèi)似工作中應用實(shí)績(jì)。

　　選擇國外進(jìn)口產(chǎn)品要注意：我國是采用220V高內阻電網(wǎng)制式，而歐美區是110V低內阻電網(wǎng)。我國電網(wǎng)內阻大，零點(diǎn)電位漂移大，電位變化大，工業(yè)企業(yè)現場(chǎng)電磁干擾至少要比歐美區高4倍以上，對系統抗干擾性能要求更高，國外能正常工作PLC產(chǎn)品國內工業(yè)就不一定能可靠運行，這就要采用國外產(chǎn)品時(shí)，按我國標準（GB/T13926）合理選擇。

　　3.2 綜合抗干擾設計

　　主要考慮來(lái)自系統外部幾種抑制措施。主要內容包括：對PLC系統及外引線(xiàn)進(jìn)行屏蔽空間輻射電磁干擾；對外引線(xiàn)進(jìn)行隔離、濾波，特別是原理動(dòng)力電纜，分層布置，外引線(xiàn)引入傳導電磁干擾；正確設計接點(diǎn)和接裝置，完善接系統。另外還必須利用軟件手段，進(jìn)一步提高系統**可靠性。

　　4 主要抗干擾措施

　　4.1 采用性能優(yōu)良電源，抑制電網(wǎng)引入干擾

　　PLC控制系統中，電源占有極重要位。電網(wǎng)干擾串入PLC控制系統主要PLC系統供電電源（如CPU 電源、I/O電源等）、變送器供電電源和與PLC系統具有直接電氣連接儀表供電電源等耦合進(jìn)入?，F，PLC系統供電電源，一般都采用隔離性能較好電源，而變送器供電電源和PLC系統有直接電氣連接儀表供電電源，并沒(méi)受到足夠重視，采取了一定隔離措施，但普遍還不夠，主使用隔離變壓器分布參數大，抑制干擾能力差，經(jīng)電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。，變送器和共用信號儀表供電應選擇分布電容小、抑制帶大（如采用多次隔離和屏蔽及漏感技術(shù)）配電器，以減少PLC系統干擾。

　　此外，位保證電網(wǎng)饋點(diǎn)不中斷，可采用線(xiàn)式不間斷供電電源（UPS）供電，提高供電**可靠性。UPS還具有較強干擾隔離性能，是一種PLC控制系統理想電源。

　　4.2 電纜選擇敖設

　　減少動(dòng)力電纜輻射電磁干擾，尤其是變頻裝置饋電電纜。筆者某工程中，采用了銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，降低了動(dòng)力線(xiàn)生產(chǎn)電磁干擾，該工程投產(chǎn)后取了滿(mǎn)意效果。

　　不同類(lèi)型信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應按傳輸信號種類(lèi)分層敖設，嚴禁用同一電纜不同導線(xiàn)同時(shí)傳送動(dòng)力電源和信號，避免信號線(xiàn)與動(dòng)力電纜靠**行敖設，以減少電磁干擾。

　　4.3 硬件濾波及軟件抗措施

　　信號接入計算機前，信號線(xiàn)與間并接電容，以減少共模干擾；信號兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。

　　電磁干擾復雜性，要根本消除迎接干擾影響是不可能，PLC控制系統軟件設計和組態(tài)時(shí)，還應軟件方面進(jìn)行抗干擾處理，進(jìn)一步提高系統可靠性。常用一些措施：數字濾波和工頻整形采樣，可有效消除周期性干擾；定時(shí)校正參考點(diǎn)電位，并采用動(dòng)態(tài)零點(diǎn)，可有效防止電位漂移；采用信息冗余技術(shù)，設計相應軟件標志位；采用間接跳轉，設置軟件陷阱等提高軟件結構可靠性。

　　4.4 正確選擇接點(diǎn)，完善接系統

　　接目通常有兩個(gè)，其一**，其二是抑制干擾。完善接系統是PLC控制系統抗電磁干擾重要措施之一。

　　系統接方式有：浮方式、直接接方式和電容接三種方式。對PLC控制系統而言，它屬高速低電平控制裝置，應采用直接接方式。信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等影響，裝置之間信號交換頻率一般都低于1MHz，PLC控制系統接線(xiàn)采用一點(diǎn)接和串聯(lián)一點(diǎn)接方式。集中布置PLC系統適于并聯(lián)一點(diǎn)接方式，各裝置柜體中心接點(diǎn)以單獨接線(xiàn)引向接極。裝置間距較大，應采用串聯(lián)一點(diǎn)接方式。用一根大截面銅母線(xiàn)（或絕緣電纜）連接各裝置柜體中心接點(diǎn)，然后將接母線(xiàn)直接連接接極。接線(xiàn)采用截面大于22mm2銅導線(xiàn)，總母線(xiàn)使用截面大于60mm2銅排。接極接電阻小于2Ω，接極*好埋距建筑物10 ~ 15m遠處，PLC系統接點(diǎn)必須與強電設備接點(diǎn)相距10m以上。 信號源接時(shí)，屏蔽層應信號側接；不接時(shí)，應PLC側接；信號線(xiàn)中間有接頭時(shí)，屏蔽層應牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，一定要避免多點(diǎn)接；多個(gè)測點(diǎn)信號屏蔽雙絞線(xiàn)與多芯對絞總屏電纜連接時(shí)，各屏蔽層應相互連接好，并經(jīng)絕緣處理。選擇適當接處單點(diǎn)接點(diǎn)。

       更多技術(shù)方面的問(wèn)題，您可以聯(lián)系珠海諾美特工業(yè)技術(shù)有限公司技術(shù)部門(mén)，我們會(huì )協(xié)助您解決相關(guān)疑惑。