PLC系统的抗干扰措施

1 引言

可编程控制器是专门为工业控制设计的，在设计和制造过程中厂家采取了多层次抗干扰措施，使系统能在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作。运行的稳定性和可靠性很高，PLC整机平均无故障工作时间高达几万小时。随着计算机技术的发展，PLC的功能也越来越强，使用越来越方便，因此在工业控制系统中使用日益广泛。但是，整机的可靠性高只是保证系统可靠工作的前提，还必须在设计和安装PLC系统过程中采用相应的措施，才能保证系统可靠工作。本文主要论述在设计和安装PLC系统过程中的干扰措施。

2 PLC系统的基本组成结构

可编程控制器硬件系统由PLC主机、功能I/O单元和外部设备组成,如图1所示。其中PLC主机由CPU、存储器、基本I/O模块、I/O扩展接口、外设接口和电源等部分组成，各部分之间由内部系统总线连接。

3 PLC系统设计时的抗干扰措施

3.1 硬件措施
(1) 屏蔽:对电源变压器、中央处理器、编程器等主要部件，采用导电、导磁性良好的材料进行屏蔽处理，以防止外界干扰信号的影响。

(2) 滤波:对供电系统计输入线路采用多种形式的滤波处理，以消除和抑制高频干扰信号，也削弱了个模块间的相互影响。
(3) 电源调整与保护:电源波动造成电压畸变或毛刺，将对PLC及I/O模块产生不良影响。对微处理器核心部件所需要的＋5V电源采用多级滤波处理，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。尽量时电源线平行走线，时电源线对地呈低阻抗，以减少电源噪声干扰。其屏蔽层接地方式不同，对干扰抑制效果不一样，一般次级线圈不能接地。输入、输出线应用双绞线且屏蔽层应可靠接地，以抑制共摸干扰。
(4) 隔离:在微处理器与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地把他们各离开来，以防外部的干扰信号及地线环路中产生的噪声电信号通过公共地线进入PLC本机，从而影响其正常工作。
(5) 采用模块式结构:这种结构有助于在故障发生时进行短时期修复，一旦查出某一模块出现故障，可迅速更换，使系统恢复正常工作，同时也有助于加速查找系统故障的原因。
3.2 软件措施
为了提高输入信号的信噪比，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5次，若某一次采样支援远大于其他几次采样的幅值，那么就舍取之。对于流量、压力、液面、位移等参数，往往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。
(1) 故障诊断:系统软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等，以便及时反映和处理。
(2) 信号保护和恢复:当偶尔性故障发生时，不破坏PLC内部的信息，一旦故障现象消失，就可以恢复正常，继续原来的工作。
(3) 设置警戒时钟WDT:如果程序循环扫描执行时间超过了WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。
(4) 加强对程序的检查和校验:一旦程序有错，立即报警，并停止执行程序。
(5) 对程序及动态数据进行电池后备:当停电时利用后备电池供电，保持有关信息和状态数据不丢失。

4 PLC系统安装时的抗干扰措施

PLC各部分的组成和系统连接及装配方法必须严格按照说明书上安装要求进行，这一点非常重要，是保证系统可靠运行的基本条件。
4.1 电源接线和地线接线
要合理布置电源线，强电与弱电要严格分开，且弱电电源线要尽量加。
接地在消除干扰上起很大的作用。交流地是PLC控制系统供电所必需的，它通过变压器中心点构成供电两条回路之一。这条会路上的电流、各种谐波电流等是个严重的干扰元。因此交流地线、直流地线、模拟地和数字地等必须分开。数字地和模拟地的共点地最好置悬浮方式。地线各点之间的电位差尽可能小，尽量加粗地线，有条件可采用环形地线。
系统地端子(LG)是抗干扰的中性端子，通常不需要接地，可是，当电磁干扰比较严重时，这个端子需与接大地的端子(GR)连接。为防止电流冲击，应使用截面积大于2mm2的14＃专用接地线将GR端与大地相接，接地电阻应小于100Ω，接地长度小于20m。
4.2 输出端子的接线
(1) 当几个外部设备连接带一个电源上时，应使用短接片将其输出端子对应的公共端子短接。输出端可以使用不同的电压，这时其对应的公共端应分别接入不同的电压源。
(2)交流输出线与直流输出线不能使用同一根电缆。输出线应远离高压线核动力线，且不得并行。不得将外部设备连接到带“·”的输出端上。
(3) 输出回路中应有熔断器保护PLC的输出元件。流入输出端子的最大电流不应超过PLC的允许值，否则必须外接接触器或继电器。同样，若负载电流低于规定的最小值时，应并联一个阻容吸收电路，如图2所示。电阻取50Ω，电容取0.1μf。

(4) 电感性负载断电时会产生很大的自感电动势，当电路接通时，起触点处将产生电弧，严重时，发生触点烧结。因此要在电感线圈上并联一个续流二极管。如图3所示。

4.3 电缆的敷设
当动力电缆超过10A/400V或20A/220V，若要求与输入输出电缆并行放置，那么在两者之间至少相隔300 mm。
如果将它们放在一个槽内时，它们之间必须间隔100 mm以上，且一定要用接地的金属屏蔽起来。
特别注意的是PLC的基本单元与扩展单元之间的电缆是传送电压低的高频信号，很易受到干扰，因此，不能将它与其他电缆设在同一管道内。另外，使用的电缆应是截面积小于1.5mm2的屏蔽电缆。最好使用电缆管敷设电缆。使用排线槽时。长度瑶足以包含全部的输入输出连线，并与其它电缆分开。
把输入线绞合，绞合的双绞线能降低共膜干扰，由于改变了导线电磁感应的方向，从而使其感应相互抵消。如图4所示。

信号采集是模拟线路时导线可捆扎在一起。数据线和脉冲线不能接近或捆扎在一起。否则数据线上全“1”时，在脉冲线上造成干扰，反之亦然。
使用屏蔽线作输入线，只需一端接地。若两端接地，由于接地电位差在屏蔽层内会流过电流而长生干扰。为了泄放高频干扰，数字信号线的屏蔽层应并联电位均衡线，其电阻应小于屏蔽电阻的十分之一，并将屏蔽层两端接地，若考虑抑制低频干扰也可一端接地。

5 结束语

PLC应用系统工作环境恶劣，周围有各种各样的干扰，尽管PLC本机的可靠度很高。但是在系统设计和安装时，仍必须对环境作全面的分析，确定干扰的性质，采取相应的抗干扰措施，以保证系统长期稳定的工作。