PLC系統(tǒng)的抗干擾措施

可編程控制器是專門為工業(yè)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(tǒng)能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強電設備一起工作。運行的穩(wěn)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(fā)展，PLC的功能也越來越強，使用越來越方便，因此在工業(yè)控制系統(tǒng)中使用日益廣泛。但是，整機的可靠性高只是保證系統(tǒng)可靠工作的前提，還必須在設計和安裝PLC系統(tǒng)過程中采用相應的措施，才能保證系統(tǒng)可靠工作。本文主要論述在設計和安裝PLC系統(tǒng)過程中的干擾措施。

二 PLC系統(tǒng)的基本組成結構

可編程控制器硬件系統(tǒng)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(tǒng)總線連接。

三 PLC系統(tǒng)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(tǒng)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(wǎng)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(huán)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(fā)生時進行短時期修復，一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，可迅速更換，使系統(tǒng)恢復正常工作，同時也有助于加速查找系統(tǒng)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(shù)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(tǒng)，采用程序限幅法，即連續(xù)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(shù)，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(tǒng)軟件定期地檢測外界環(huán)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(fā)生時，不破壞PLC內部的信息，一旦故障現(xiàn)象消失，就可以恢復正常，繼續(xù)原來的工作。

（3） 設置警戒時鐘WDT:如果程序循環(huán)掃描執(zhí)行時間超過了WDT規(guī)定的時間，預示了程序進入死循環(huán)，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(zhí)行程序。

（5） 對程序及動態(tài)數(shù)據(jù)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(tài)數(shù)據(jù)不丟失。

四 PLC系統(tǒng)安裝時的抗干擾措施

PLC各部分的組成和系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(shù)字地等必須分開。數(shù)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(huán)形地線。

系統(tǒng)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(guī)定的最小值時，應并聯(lián)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(fā)生觸點燒結。因此要在電感線圈上并聯(lián)一個續(xù)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(shù)據(jù)線和脈沖線不能接近或捆扎在一起。否則數(shù)據(jù)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(shù)字信號線的屏蔽層應并聯(lián)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。

五 結束語

PLC應用系統(tǒng)工作環(huán)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(tǒng)設計和安裝時，仍必須對環(huán)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(tǒng)長期穩(wěn)定的工作