PLC控制系统抗干扰的措施及方法

PLC控制系统抗干扰的措施及方法

摘要：介绍PLC控制系统在不同的工业环境中受到来自系统本身(包含PLC硬件及软件)以及外界(包含空间辐射电磁场、电源、信号线、接地等)的干扰；并且通过分析产生干扰的原因，提出了解决主要抗干扰措施。

关键词：PLC；控制系统；干扰类型

随着科学技术的发展，PLC作为一种自动化程度高、配置灵活的工业生产过程控制装置，因为其本身的高可靠性、允许在较为恶劣的环境下工作而在自动控制领域中得到广泛应用。由于受到现场条件所限，工业控制系统的各类PLC大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，电磁干扰极其严重，对PLC控制系统可靠运行极其不利，因此，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力，另一方面要求使用部门在工程设计、安装调试和运行维护过程中采取抗干扰措施，双方配合才能妥善解决问题，有效增强系统的抗干扰性能。因此，研究PLC控制系统干扰信号的来源、成因及抑制措施，对于提高PLC控制系统的抗干扰能力和可靠性具有重要作用。

一、提高PLC硬件抗干扰能力

在选择设备时，首先要选择有高效抗干扰能力的产品，其中包括了电磁兼容性。尤其是抗外部干扰能力，如采用浮地技术、隔离性能较好的PLC系统；监控信号在接入PLC前，在信号线与地之间并接电容，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。；另外要考察其在类似工作环境中的应用实绩。在选择国外进口产品要注意：我国是采用220 V高内阻电网制式，而欧美地区是110 V低内阻电网制式。由于我国电网内阻大，零点电位漂移大，地电位变化大，工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上，对系统抗干扰性能要求更高，在国外能正常工作的PLC产品在国内不一定能可靠运行，这就要在采用国外产品时，按我国的标准(GB/T13926)合理选择。另外，在干扰多的场合，安装在控制对象侧的I/0模块要使用绝缘型的I/0模块；在干扰相对较小的

场合，可使用非绝缘型的I/O模块。

二、提高PLC软件抗干扰能力

硬件抗干扰措施的目的是尽可能地切断干扰进人控制系统，但由于干扰存在随机性，尤其是在工业生产环境下，硬件抗干扰措施并不能根本消除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。

(1)利用“看门狗”方法对系统的运行状态进行监控

PLC内部具有丰富的软元件，如定时器、计数器、辅助继电器等，利用它们来设计一些程序，可以屏蔽输入元件的误信号，防止输出元件的误动作。

在设计应用程序时，可以利用“看门狗”方法实现对系统各组成部分运行状态的监控。如用PLC控制某一运动部件时，编程时可定义一个定时器作“看门狗”用，对运动部件的工作状态进行监视。定时器的设定值，为运动部件所需要的最大可能时间。在发出该部件的动作指令时，同时启动“看门狗”定时器。若运动部件在规定时间内达到指定位置，发出一个动作完成信号，使定时器清零，说明监控对象工作正常；否则，说明监控对象工作不正常，发出报警或停止工作信号。

(2)消抖

在振动环境中．行程开关或按钮常常会因为抖动而发出误信号．一般的抖动时间都比较短，针对抖动时间短的特点，可用PLC内部计时器经过一定时间的延时，得到消除抖动后的可靠有效信号，从而达到抗干扰的目的。

(3)用软件数字滤波的方法提高输入信号的信噪比

为了提高输人信号的信噪比，常采用软件数字滤波来提高有用信号真实性。对于有大幅度随机干扰的系统，采用程序限幅法，即连续采样五次，若某一次采样值远远大于其它几次采样的幅值，那么就舍去之。对于流量、压力、液面、位移等参数，往往会在一定范围内频繁波动，则采用算术平均法。即用n次采样的平均值来代替当前值。一般认为：流量n=12，压力n=4最合适。对于缓慢变化信号如温度参数，可连续三次采样，选取居中的采样值作为有效信号。对于具有积分器A/D转换来说，采样时间应取工频周期(20ms)的整数倍。

由于软件抗干扰方法设计简单、修改灵活、耗费资源少，因此，还有更多的

方法有待编程人员不断的开发更新。

三、提高PLC接地抗干扰能力

近年来，国内外的很多标准不主张信息设备采用独立的接地装置，推荐采用共用接地系统。共用接地系统通常利用建筑物的基础做接地极，其接地电阻一般在1欧姆以下，如有设备对接地电阻的要求更低，应取其最小值。PLC接地电里．一般不大于4欧姆，这种接地方式很容易满足接她电阻要求。

接地的目的通常有两个，一是为了安全，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。系统接地有浮地、直接接地和电容接地三种方式，对PLC控制系统而言，它属于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，用一根大截面铜母线(或绝缘电缆)连接各装置的柜体中心接地点，然后将接地母线直接连接接地极，接地线采用截面大于22mm2的铜导线，总母线使用截面大于60mm2的铜排。接地极的接地电阻小于2Ω，接地极最好埋在距建筑物10～15m远处，而且PLC系统接地点必须与强电设备接地点相距10m以上。

信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地。多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接地。至于电磁干扰方面：如果车间内有个大功率的变频器，可以在PLC电源的前端加装一个单相电源滤波器；另外，在变频器后端安装输出电抗器，并且采用变频专用电缆，可大大降低变频器对外界的干扰。

四、提高PLC电源抗干扰能力

在PLC控制系统中，电源占有极为重要的地位。由电源引人的干扰在工业现场较为常见。控制系统一般由电网电源供电，电网的波动、大功率用甫设备启停、交直流传动装置引起的谐波等，都通过输电线路传到控制系统电源一侧。电