浅谈PLC控制系统的抗干扰方法

浅谈PLC控制系统的抗干扰方法

蔡春发

华能大理水电有限责任公司

摘要：通过对PLC控制系统的硬件及软件的分析,对其产生干扰的主要来源及成因进行了具体的探讨,从电源、电缆、I/O信号防错等硬件以及定时器控制采样、计数器、监控程序等软件编程等方面提出了抗干扰的方法和措施,为PLC控制系统更好的应用提供了有力的技术支持,同时为PLC控制系统在工业领域的推广应用提供了有效的借鉴。

关键词：PLC控制系统;抗干扰

一、PLC控制系统的干扰来源及危害

对于PLC控制系统来说，影响系统可靠性的原因很多，但最主要的干扰源有四种：电源干扰、空间辐射干扰、I/O信号线干扰以及接地系统混乱干扰。下面对这四种干扰的原因及影响进行具体分析。

1.1电源的干扰

电源是干扰PLC控制系统的最主要的源头之一，主要分为共模干扰和差模干扰，它们引起的谐波会影响PLC控制系统的测量与控制精度，严重时会造成PLC控制系统的失控和误动作，甚至会造成系统死机。近几年来，变频器越来越多的出现在工业现场，而变频器的脉动电流及电网阻抗形成的脉动电压降会对PLC控制系统的电源形成严重的谐波干扰。

1.2空间的辐射干扰

空间的辐射干扰主要来源于供电网络、变频设备（高频感应加热器、变频器）、大型电气设备、整流设备等。这种空间辐射通过对设备壳体、导线等的辐射干扰，造成对控制系统的干扰，具体干扰途径有两种：一是由电路感应产生，直接对PLC内部辐射；二是由通信线路的感应引入，对PLC的通信内部网络进行辐射干扰。

1.3I/O信号线接口的干扰

I/O信号线的输入、输出受到干扰会造成逻辑数据混乱、错误干扰以及死机，有时候会造成元器件损伤。PLC控制系统由于干扰引起的I/O模块损坏造成的危害要比其他干扰造成的危害大得多。

1.4接地线混乱造成的干扰

PLC控制系统中的接地线有很多种，如系统地线、屏蔽地线、交流地线、保护地线等，这些接地线的混乱造成各个接地点的电位不一致，从而影响PLC控制系统的逻辑运算、数据储存，甚至会造成系统的死机、测控信号失真以及错误动作，影响了整个系统的正常运转。

二、PLC控制系统的抗干扰措施

在工业生产过程中，为了保证PLC控制系统的稳定可靠运行，通常采用的措施有三种：抑制干扰源、切断（或衰减）干扰传播途径、提高系统的抗干扰能力，在具体进行PLC控制系统的抗干扰设计时，通常从硬件和软件两个方面进行设计。

2.1PLC控制系统的硬件抗干扰设计

由上文分析的PLC控制系统的干扰源，可以从电源、电缆、I/O信号、接地方式四个方向对PLC控制系统的硬件系统进行防干扰设计，具体如下：

（1）电源的设计。当PLC控制系统在干扰要求较强的场合工作时，可以对PLC的交流电源进行优化设计，在电源输入端加入带屏蔽层的隔离变压器和滤波结构，通过滤波结构去除共模干扰和差模干扰，通过隔离变压器抑制外来干扰，提高系统的抗干扰能力。

（2）电缆的选型及布线设计。在进行PLC控制系统设计时，对于不同的信号类型要采用不同型号的电缆传输，尤其对于低频信号、传输较远的信号、高速信号等，要选择带屏蔽的多芯电缆或双绞线电缆，在电缆布线时，要主动减速电缆的辐射电磁干扰，尤其不要将PLC控制系统的电源线与变频装置的线缆铺设在一起，应该将电线按用途分层铺设，PLC控制系统的电源线距离其他线缆的距离不得低于200mm。

（3）I/O信号线的接口防干扰设计。对于I/O信号线，当PLC的输入信号源为晶体管或光电开关时，输出元件为双向晶闸管，可以通过将这类输入、输出端作为并联旁路电阻来减少PLC的输入电流及外部负载的电流，同样也可以通过在输入端加入RC滤波环节抑制窜入脉冲的干扰，在输出端并联RC电流抑制器，减小漏电流的干扰；当PLC输出驱动交流接触器时，可以在负载线圈上并联RC吸收电路；当PLC驱动直流接触器时，可以在负载线圈上并联一个二极管吸收反电动势，抑制干扰。

2.2PLC的软件防干扰设计

由于PLC控制系统的干扰源的复杂，硬件措施无法完全屏蔽所有的干扰，所以可以利用PLC控制系统的软件设计进行抗干扰处理，常用的措施有数字滤波、定时器控制采样、信息冗余技术、设置“看门狗”等。

（1）在进行PLC控制系统的软件设计时，为了提高信号的信噪比，可以通过软件滤波的措施提高最终数据的可靠性。具体为：软件可以连续多次进行采样，采样间隔根据A/D转换时间和信号频率综合决定，然后将采样的结果分别存到不同的数据寄存器中，经过逻辑运算取中间值或平均值作为最终输入结果，提高输入结果的可靠性。目前常用的滤波方法有中值滤波、滑动平均值滤波、算数平均值滤波、去极值平均滤波等。

（2）在某些PLC控制系统的工作环境中，振动比较剧烈，行程开关或按钮可能会因为抖动而发出错误信号，通常抖动时间较短，对于这样的问题可以通过在PLC内部设置定时器进行时间延时，从而可以得到消除抖动的可靠信号，达到了抗干扰的目的。

（3）在进行PLC控制系统的软件设计时，可以使用冗余信息技术提高信息的准确性，如指令重复执行就是根据需要多次得到命令信号才执行，适用于某些开光量或数字量的输入/输出，即PLC控制系统接受到两次或两次以上的执行信号才视为有效信号，如果多次接受的信号变化不定，就要停止接受，并发现报警，从而提高数据信号的可靠性，避免误操作。

结语

文章根据实践经验，对PLC控制系统可能发生干扰的原因进行了具体的分析，然后从电源优化设计、电缆的选型及布置、I/O接口、接地方式等硬件以及软件编程两个方面对PLC控制系统的防干扰措施进行了详细的论述，为提高PLC控制系统的抗干扰能力提供了有力的技术支撑，但工业现场情况非常复杂，PLC控制系统的抗干扰方法应该根据实际情况进行适当取舍，综合利用软、硬件方法达到最佳效果。

参考文献

[1]吴钢琴.PLC逻辑层用于数控机床自动化控制[J].山东工业技术.2016(11)

[2]冷长城.PLC控制系统在油田生产中的应用探析[J].智能城市.2016(05)

作者简介

蔡春发，1975.02.06,男，彝族，籍贯:云南盐津，现有职称:助理工程师，单位：华能大理水电有限责任公司。研究方向:发电专业，