摘　要：分析了PLC控制系統(tǒng)的干擾源和抗干擾措施，指出在工程應(yīng)用時必須綜合考慮控制系統(tǒng)的抗干擾性能，并提出抗干擾措施。
　　 關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；可靠性；抗干擾；接地技術(shù)
0　概述
　　盡管PLC（可編程序控制器）自身已具備較好的抗干擾能力，但在PLC控制系統(tǒng)的工程設(shè)計、應(yīng)用和維護過程中，系統(tǒng)抗干擾能力仍然是系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。筆者在多年教學(xué)、科研和生產(chǎn)實踐中常遇到PLC因干擾而不能正常工作的情形。因自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC大多處在強電電路和強電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中，要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力；另一方面，要求在工程設(shè)計、安裝施工和使用維護中高度重視，多方配合才能解決問題，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾能力。
1　干擾源分析
1．1　干擾源及其一般分類
　　對PLC系統(tǒng)而言，常采用共模干擾和差模干擾的分類方法。共模干擾主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應(yīng)的共態(tài)（同方向）電壓迭加所形成。共模電壓有時較大，特別是采用隔離性能差的配電器供電時，變送器輸出信號的共模電壓普遍較高，有的可高達130V以上。共模電壓通過不對稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞，這就是一些系統(tǒng)I／O模件損壞率較高的主要原因。這種共模干擾可為直流，亦可為交流。差模干擾主要由空間電磁場在信號間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓，這種干擾直接疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。此外，按噪聲產(chǎn)生的原因，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質(zhì)，分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等。
2．2　PLC控制系統(tǒng)干擾的主要來源
　　（1）來自空間的輻射干擾。空間的輻射電磁場（EMI），主要由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生，通常稱為輻射干擾。其分布極為復(fù)雜。其影響主要通過兩條路徑：一是直接對PLC內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；二是對PLC通信網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路的感應(yīng)引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場大小特別是頻率有關(guān)。
　?。?）來自電源的干擾。因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多，更換隔離性能好的PLC電源，才能解決問題。PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，如開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。PLC電源通常采用隔離電源，但因其結(jié)構(gòu)及制造工藝使其隔離性并不理想。
　?。?）來自信號線引入的干擾。與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號線上的外部感應(yīng)干擾，這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起I／O信號工作異常，大大降低測量精度，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機。PLC控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I／O模件損壞相當嚴重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。
　?。?）來自接地系統(tǒng)混亂的干擾。PLC控制系統(tǒng)正確的接地，是為了抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)無法正常工作。PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等。這樣會引起各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當發(fā)生異常情況時，地線電流將更大。
　　屏蔽層、接地線和大地也有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)會出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生電位分布，影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測量精度下降，引起信號測控失真和誤動作。
　?。?）來自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾。主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。要選擇具有較多應(yīng)用實績或經(jīng)過考驗的系統(tǒng)。
2　抗干擾設(shè)計和措施
2．1　選擇抗干擾性能好的設(shè)備
　　選擇設(shè)備時，首先要選擇有較高抗干擾能力的產(chǎn)品，包括電磁兼容性（EMC），尤其是選擇抗外部干擾能力強的產(chǎn)品，如采用浮地技術(shù)、隔離性能好的PLC系統(tǒng)；其次還應(yīng)了解生產(chǎn)廠給出的抗干擾指標，如共模擬制比、差模擬制比、耐壓能力、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環(huán)境中工作；另外還要調(diào)查其在類似工作中的應(yīng)用實績。在選擇國外進口產(chǎn)品時要注意電網(wǎng)制式。由于我國電網(wǎng)內(nèi)阻大，零點電位漂移大，地電位變化大，工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾至少要比歐美地區(qū)高4倍以上，對系統(tǒng)抗干擾性能要求更高。因此在采用國外產(chǎn)品時，需按我國的標準（GB／T13926）合理選擇。
2．2　綜合抗干擾設(shè)計
　　主要考慮來自系統(tǒng)外部的幾種干擾源并采取相應(yīng)抑制措施。主要包括：對PLC系統(tǒng)及外引線進行屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對外引線進行隔離、濾波，特別是動力電纜，要分層布置，以防通過外引線引入傳導(dǎo)電磁干擾；正確設(shè)計接地點和接地裝置，完善接地系統(tǒng)。另外還必須利用軟件手段，進一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。
2．3　電源的選擇
　　在PLC控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。主要是變送器供電的電源和PLC系統(tǒng)有直接電氣連接的儀表供電電源引起的干擾，并沒有受到足夠的重視，雖然采取了一定的隔離措施，但普遍還不夠。主要是使用的隔離變壓器分布參數(shù)大，抑制干擾能力差，經(jīng)電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。所以，對于變送器和共用信號儀表供電應(yīng)選擇分布電容小、抑制帶大（如采用多次隔離和屏蔽及漏感技術(shù)）的配電器，以減少PLC系統(tǒng)的干擾。
2．4　電纜的選擇和布置
　　為了減少動力電纜輻射電磁干擾，尤其是變頻裝置饋電電纜，不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應(yīng)按傳輸信號種類分層布置，嚴禁用同一電纜的不同導(dǎo)線同時傳送動力電源和信號，避免信號線與動力電纜靠近平行布置，以減少電磁干擾。
2．5　濾波及軟件抗干擾措施
　　信號在接入PLC前，在信號線與地間并接電容，以減少共模干擾；在信號兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。此外，在PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計和組態(tài)時，還應(yīng)在軟件方面進行抗干擾處理，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。常用的一些措施：數(shù)字濾波和工頻整形采樣，可有效消除周期性干擾；定時校正參考點電位，并采用動態(tài)零點，可有效防止電位漂移；采用信息冗余技術(shù)，設(shè)計相應(yīng)的軟件標志位；采用間接跳轉(zhuǎn)，設(shè)置軟件陷阱等，以提高軟件結(jié)構(gòu)可靠性。
2．6　完善接地系統(tǒng)
　　系統(tǒng)接地方式有浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對PLC控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低于1MHz，所以PLC控制系統(tǒng)接地線采用一點接地和串聯(lián)一點接地方式。集中布置的PLC系統(tǒng)適于并聯(lián)一點接地方式，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應(yīng)采用串聯(lián)一點接地方式。用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于22mm2的銅導(dǎo)線，總母線使用截面大于60mm2的銅排。接地極的接地電阻小于2Ω，接地極最好埋在距建筑物10～15m遠處，而且PLC系統(tǒng)接地點必須與強電設(shè)備接地點相距10m以上。信號源接地時，屏蔽層應(yīng)在信號側(cè)接地；不接地時，應(yīng)在PLC側(cè)接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進行絕緣處理，一定要避免多點接地；多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應(yīng)相互連接好，并經(jīng)絕緣處理，選擇適當?shù)慕拥靥巻吸c接地。
　　綜上可見，PLC控制系統(tǒng)中的干擾是個十分復(fù)雜的問題，在設(shè)計中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制抗干擾，對某些干擾還需作具體分析，采取對癥下藥的方法，才能使PLC控制系統(tǒng)正常工作。