PLC系統的抗干擾措施

1 引言

可編程控制器是專門為工業控制設計的，在設計和制造過程中廠家采取了多層次抗干擾措施，使系統能在惡劣的工業環境下與強電設備一起工作。運行的穩定性和可靠性很高，PLC整機平均無故障工作時間高達幾萬小時。隨著計算機技術的發展，PLC的功能也越來越強，使用越來越方便，因此在工業控制系統中使用日益廣泛。但是，整機的可靠性高只是保證系統可靠工作的前提，還必須在設計和安裝PLC系統過程中采用相應的措施，才能保證系統可靠工作。本文主要論述在設計和安裝PLC系統過程中的干擾措施。

2 PLC系統的基本組成結構

可編程控制器硬件系統由PLC主機、功能I/O單元和外部設備組成,如圖1所示。其中PLC主機由CPU、存儲器、基本I/O模塊、I/O擴展接口、外設接口和電源等部分組成，各部分之間由內部系統總線連接。

3 PLC系統設計時的抗干擾措施

3.1 硬件措施
(1) 屏蔽:對電源變壓器、中央處理器、編程器等主要部件，采用導電、導磁性良好的材料進行屏蔽處理，以防止外界干擾信號的影響。

(2) 濾波:對供電系統計輸入線路采用多種形式的濾波處理，以消除和抑制高頻干擾信號，也削弱了個模塊間的相互影響。
(3) 電源調整與保護:電源波動造成電壓畸變或毛刺，將對PLC及I/O模塊產生不良影響。對微處理器核心部件所需要的＋5V電源采用多級濾波處理，并用集成電壓調整器進行調整，以適應交流電網的波動和過電壓、欠電壓的影響。盡量時電源線平行走線，時電源線對地呈低阻抗，以減少電源噪聲干擾。其屏蔽層接地方式不同，對干擾抑制效果不一樣，一般次級線圈不能接地。輸入、輸出線應用雙絞線且屏蔽層應可靠接地，以抑制共摸干擾。
(4) 隔離:在微處理器與I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地把他們各離開來，以防外部的干擾信號及地線環路中產生的噪聲電信號通過公共地線進入PLC本機，從而影響其正常工作。
(5) 采用模塊式結構:這種結構有助于在故障發生時進行短時期修復，一旦查出某一模塊出現故障，可迅速更換，使系統恢復正常工作，同時也有助于加速查找系統故障的原因。
3.2 軟件措施
為了提高輸入信號的信噪比，常采用軟件數字濾波來提高有用信號真實性。對于有大幅度隨機干擾的系統，采用程序限幅法，即連續采樣5次，若某一次采樣支援遠大于其他幾次采樣的幅值，那么就舍取之。對于流量、壓力、液面、位移等參數，往往在一定范圍內頻繁波動，則采用算術平均法。即用n次采樣的平均值來代替當前值。一般認為:流量n=12，壓力n=4最合適。
(1) 故障診斷:系統軟件定期地檢測外界環境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強干擾信號等，以便及時反映和處理。
(2) 信號保護和恢復:當偶爾性故障發生時，不破壞PLC內部的信息，一旦故障現象消失，就可以恢復正常，繼續原來的工作。
(3) 設置警戒時鐘WDT:如果程序循環掃描執行時間超過了WDT規定的時間，預示了程序進入死循環，立即報警。
(4) 加強對程序的檢查和校驗:一旦程序有錯，立即報警，并停止執行程序。
(5) 對程序及動態數據進行電池后備:當停電時利用后備電池供電，保持有關信息和狀態數據不丟失。

4 PLC系統安裝時的抗干擾措施

PLC各部分的組成和系統連接及裝配方法必須嚴格按照說明書上安裝要求進行，這一點非常重要，是保證系統可靠運行的基本條件。
4.1 電源接線和地線接線
要合理布置電源線，強電與弱電要嚴格分開，且弱電電源線要盡量加。
接地在消除干擾上起很大的作用。交流地是PLC控制系統供電所必需的，它通過變壓器中心點構成供電兩條回路之一。這條會路上的電流、各種諧波電流等是個嚴重的干擾元。因此交流地線、直流地線、模擬地和數字地等必須分開。數字地和模擬地的共點地最好置懸浮方式。地線各點之間的電位差盡可能小，盡量加粗地線，有條件可采用環形地線。
系統地端子(LG)是抗干擾的中性端子，通常不需要接地，可是，當電磁干擾比較嚴重時，這個端子需與接大地的端子(GR)連接。為防止電流沖擊，應使用截面積大于2mm2的14＃專用接地線將GR端與大地相接，接地電阻應小于100Ω，接地長度小于20m。
4.2 輸出端子的接線
(1) 當幾個外部設備連接帶一個電源上時，應使用短接片將其輸出端子對應的公共端子短接。輸出端可以使用不同的電壓，這時其對應的公共端應分別接入不同的電壓源。
(2)交流輸出線與直流輸出線不能使用同一根電纜。輸出線應遠離高壓線核動力線，且不得并行。不得將外部設備連接到帶“·”的輸出端上。
(3) 輸出回路中應有熔斷器保護PLC的輸出元件。流入輸出端子的最大電流不應超過PLC的允許值，否則必須外接接觸器或繼電器。同樣，若負載電流低于規定的最小值時，應并聯一個阻容吸收電路，如圖2所示。電阻取50Ω，電容取0.1μf。

(4) 電感性負載斷電時會產生很大的自感電動勢，當電路接通時，起觸點處將產生電弧，嚴重時，發生觸點燒結。因此要在電感線圈上并聯一個續流二極管。如圖3所示。

4.3 電纜的敷設
當動力電纜超過10A/400V或20A/220V，若要求與輸入輸出電纜并行放置，那么在兩者之間至少相隔300 mm。
如果將它們放在一個槽內時，它們之間必須間隔100 mm以上，且一定要用接地的金屬屏蔽起來。
特別注意的是PLC的基本單元與擴展單元之間的電纜是傳送電壓低的高頻信號，很易受到干擾，因此，不能將它與其他電纜設在同一管道內。另外，使用的電纜應是截面積小于1.5mm2的屏蔽電纜。最好使用電纜管敷設電纜。使用排線槽時。長度瑤足以包含全部的輸入輸出連線，并與其它電纜分開。
把輸入線絞合，絞合的雙絞線能降低共膜干擾，由于改變了導線電磁感應的方向，從而使其感應相互抵消。如圖4所示。

信號采集是模擬線路時導線可捆扎在一起。數據線和脈沖線不能接近或捆扎在一起。否則數據線上全“1”時，在脈沖線上造成干擾，反之亦然。
使用屏蔽線作輸入線，只需一端接地。若兩端接地，由于接地電位差在屏蔽層內會流過電流而長生干擾。為了泄放高頻干擾，數字信號線的屏蔽層應并聯電位均衡線，其電阻應小于屏蔽電阻的十分之一，并將屏蔽層兩端接地，若考慮抑制低頻干擾也可一端接地。

5 結束語

PLC應用系統工作環境惡劣，周圍有各種各樣的干擾，盡管PLC本機的可靠度很高。但是在系統設計和安裝時，仍必須對環境作全面的分析，確定干擾的性質，采取相應的抗干擾措施，以保證系統長期穩定的工作。