淺談PLC抗干擾的措施

摘要：通過對PLC干擾源的分析探討抗干擾的措施。
引言：
        PLC可編程序控制器是以微處理器為核心，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術而發展起來的一種通用工業自動控制裝置。具有控制功能強，可靠性高，使用靈活方便，易于擴展等優點而應用越來越廣泛。在冶金、交通、化工、電力等領域獲得了廣泛的應用，被成為現代工業技術的三大支柱之一。
        高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。故障也就大大降低。盡管PLC在設計制造時已采取了很多措施，使它對工業環境比較適應，但是為了確保整個系統穩定可靠，還是應當盡量使PLC有良好的工作環境條件，并采取必要的抗干擾措施。
        1、PLC控制系統干擾的主要來源及途徑：
        1.1電源的干擾。PLC系統控制的正常供電電源均由電網供電。由于電網覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾，空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網絡、電氣設備的暫態過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達等產生的，通常稱為輻射干擾，若PLC系統置于所射頻場內，就會收到輻射干擾，而在線路上感應電壓。尤其是電網內部的變化，刀開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網短路暫態沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設備的失控和誤動作，從而不能保證PLC的正常運行。
        1.2信號線引入的干擾。與PLC可編程控制系統連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信號之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，由此引起系統故障的情況也很多。
        1.3接地系統的干擾。接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統將無法正常工作。
        1.4變頻器干擾。一是變頻器啟動及運行過程中產生諧波對電網產生傳導干擾，引起電網電壓畸變，影響電網的供電質量；二是變頻器的輸出會產生較強的電磁輻射干擾，影響周邊設備的正常工作。
        2、抗干擾的措施：
        2.1 電源干擾的抑制。一般通過設置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。選用隔離性能較好的設備、選用優良的電源、動力線和信號線走線要更加合理等等，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。電源調整與保護:電源波動造成電壓畸變或毛刺，將對PLC可編程及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。
此外可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為1：1的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾，還可以在電源輸入端串接LC濾波電路等。
2.2 信號線引入的防干擾措施。動力線、控制線以及PLC的電源線和I/O線應分別配線，隔離變壓器與PLC和I/O之間應采用雙絞線連接。將PLC的I/O線和大功率線分開走線，如必須在同一線槽內，分開捆扎交流線、直流線，若條件允許，分槽走線最好，這不僅能使其有盡可能大的空間距離，并能將干擾降到最低限度。此外利用信號隔離器解決干擾問題也是很理想的辦法，其原理是首先將PLC接收的信號，通過半導體器件調制變換，然后通過光感或磁感器件進行隔離轉換，然后再進行解調變換回隔離前原信號或不同信號，同時對隔離后信號的供電電源進行隔離處理。保證變換后的信號、電源、地之間絕對獨立。只要在有干擾的地方，輸入端和輸出端中間加上這種隔離器，就可有效解決干擾問題。
        2.3 正確選擇接地點，完善接地系統。良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發生的電壓沖擊危害。接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統是PLC控制系統抗電磁干擾的重要措施之一。在PLC可編程控制系統中，具有多種形式的“接地”，主要有：（1）信號地。輸入端信號元件的地；（2）交流地。交流供電電源的N線；（3）屏蔽地。為防止靜電和磁場感應而設置的外殼或金屬絲網，通過專門的銅導線將其接入地下；（4）保護地。將機器設備的外殼或設備內獨立器件的外殼接地，用于保護人身安全和防止設備漏電。為了抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾，應對PLC系統進行良好的接地。一般情況下，接地方式與信號頻率有關，當頻率低于1MHz時，可用一點接地；高于10MHz時，采用多點接地；在1～10MH之間時，通常情況下，PLC控制系統采用一點接地，將所有地線端子和最近接地點相連接，以獲得最好的抗干擾能力。接地線截面積不能小于2mm2，接地電阻不能大于100Ω，接地線使用專用地線。
        2.4變頻器干擾的抑制。（1）加隔離變壓器，主要是針對來自電源的傳導干擾，可以將絕大部分的傳導干擾阻隔在隔離變壓器之前。（2）使用濾波器，濾波器具有較強的抗干擾能力，還具有防止將設備本身的干擾傳導給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。（3）使用輸出電抗器，在變頻器到電動機之間增加交流電抗器主要是減少變頻器輸出在能量傳輸過程中線路產生電磁輻射，影響其它設備正常。
3、結論：
        PLC可編程控制系統中的干擾是一個十分復雜的問題，因此在抗干擾設計中應綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制抗干擾，才能夠使PLC控制系統正常工作。隨著PLC應用領域的不斷拓寬，如何高效可靠的使用PLC也成為其發展的重要因素。在不久的將來，PLC會有更大的發展，產品的品種會更豐富、規格更齊全，通過完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業控制場合的需求，PLC作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在工業控制領域發揮越來越大的作用。

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