PLC控制系统的干扰源分析与抗干扰措施

PLC控制系统的干扰源分析与抗干扰措施

摘要：对于PLC控制系统而言，逻辑电路的设计及过程控制的实现是其重要组成部分，而干扰源的存在会影响电路的运行和控制功能的正常实现，干扰源一般分为共模干扰和差模干扰，干扰源的源头主要包括空间辐射、电源干扰、线路干扰、接地干扰、系统内部干扰等，因此需要PLC系统运行空间的实际干扰源分布情况制定针对性的抗干扰措施，常用的措施包括优化升级设备、设计抗干扰功能、优化线路布局和电源分布、接地系统优化等，这些措施可以有效的降低干扰源对PLC系统的干扰，提升PLC系统的运行效率，保障控制功能的实现。

关键词：PLC控制系统、干扰源、抗干扰措施

引言：PLC作为新一代的工业控制器，秉着通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程简单易学等优点，而广泛应用于各行各业的自动控制系统中。PLC是专门为工业控制设计的，在设计和制造过程中采取了多层次的抗干扰措施，使系统能在恶劣的工業环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性和可靠性很高。尽管有如上所述较高的可靠性，较强的抗干扰能力，但当生产环境处于电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行，所以提高PLC控制系统可靠性是十分必要的。

一、控制系统中干扰及其来源

常言道：“治标先治本”，找到问题出在哪了，才能提出解决问题的正确方法，所以找到现场的干扰源头尤为关键。

1.电磁干扰源及对系统的干扰

影响PLC控制系统的干扰源跟影响工业控制设备的干扰源是差不多的，绝大部分是产生在电流或者电压急剧变化的部位，例如大型设备的启停、开关操作浪涌、交直流传动装置引起的谐波、电网短路引起暂态冲击和空间的辐射电磁场、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的干扰，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等，按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共馑干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成，这种共懂干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共懂干扰所形成的电压，直接叠加在信号上，影响测量与控制精度。

2.电源干扰

一般情况下，PLC系统电源与供电系统的动力电源是分离的，在进入PLC系统之间加屏蔽隔离变压器。在隔离变压器的次级侧与PLC系统间使用大于等于2m2的双绞线。在一、二次侧的两线圈之间放置屏蔽体，并与大地相连，这样可以有效的避免线圈间的直接耦合。对于消除电源谐波可以通过在隔离稳压器前使用滤波器的方法。

3.线间干扰

在PLC控制系统的线路中主要包括电源线、输入/输出线、动力线和接地线，若不限存在问题，则会产生电磁感应和静电感应等干扰，因此控制系统的布线对于布线间距以及线路的绕圈情况等是有要求的，必须严格按要求进行布线。

（1）地线的连接。控制系统采用正确的接地方式，是安全的保证也是抑制干扰的需要。一般接地方式主要有浮地式、直接式以及电容式三种，对于PLC系统而言由于其属高速低电平控制装置，因而采用直接式。

（2）电源线、I/O线与动力线的连接。动力电缆属于高压大电流线路，若系统的配线接近

则会产生干扰，因此在进行布线时要将PLC的输入输出线与其他控制线分开，避免使用一条电缆。在对外部进行布线时对于控制电缆、动力电缆、输入输出线三者的间距一般控制在30cm以上。若实际情况不允许，只能提供同一线槽布线时，要使用金属板将其三者间隔屏蔽，此时金属板需与地连接。采用此布置原则可以使外界磁场以及这三者之间的相互干扰得到减少。

二、PLC控制系统的抗干扰措施

1.采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰

在PLC控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC 系统的供电电源（如CPU 电源、I/O电源等）、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在，对于PLC系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好电源，而对于变送器供电的电源和PLC系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但普遍还不够，主要是使用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。

2.电缆选择的敖设

为了减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆。笔者在某工程中，采用了铜带铠装屏蔽电力电缆，从而降低了动力线生产的电磁干扰，该工程投产后取得了满意的效果。不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敖设，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敖设，以减少电磁干扰。

3.硬件滤波及软件抗如果措施

信号在接入计算机前，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。由于电磁干扰的复杂性，要根本消除迎接干扰影响是不可能的，因此

在PLC控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的可靠性。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样，可有效消除周期性干扰；定时校正参考点电位，并采用动态零点，可有效防止电位漂移；采用信息冗余技术，设计相应的软件标志位；采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。

4.正确选择接地点，完善接地系统

接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。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。系统接地方式有：浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对PLC控制系统而言，它属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz，所以PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的PLC系统适于并联一点接地方式，各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极。如果装置间距较大，应采用串联一点接地方式。

结束语：

PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，对有些干扰情况还需做具体分析，采取对症下药的方法，才能够使PLC控制系统正常工作。

参考文献：

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[2]杨金香；PLC控制系统抗干扰措施探讨[J]；科技促进发展（应用版）；2010年06期

[3]陈保新；PLC的电磁干扰问题及对策[A]；首届全国有色金属自动化技术与应用学术年会论文集[C]；2003年