PLC控制系统的干扰源分析与抗干扰措施

PLC控制系统的干扰源分析与抗干扰措施

曹众众 曹朝阳

河南中孚铝业有限公司 河南 郑州 451200

摘要：现阶段我国工业生产已经得到了快速发展，致使PLC控制系统对于工业领域的控制产生了质的转变。但是根据目前PLC控制系统实际应用过程中，产生的问题和不足进行综合分析，其工作环境仍然存在着漏洞，造成大量的外部干扰源头出现。基于此，本篇文章对PLC控制系统的干扰源分析与抗干扰措施进行研究，以供参考。

关键词：PLC控制系统；干扰源分析；抗干扰措施

引言

随着科学技术的发展，工业PLC控制系统的应用由最初工业数据监视逐渐发展到水位控制、压力控制、流量计量、燃烧控制等，其可靠性直接影响到工业的安全和经济运行。目前，工业的控制系统有集中安装在控制室，也有安装在工业边上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，因此，要提高工业PLC控制系统的可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力;另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中对干扰问题引起高度重视，采取有效解决方案，这样才能有效地增强系统的抗干扰性能。

1PLC的相关概述

1.1PLC介绍

PLC是英文ProgrammableLogicController的缩写，其意为可编辑逻辑控制器，其组成主要包括CPU、指令及数据内存、输入/输出接口、电源、数字模拟转换等等。可编逻辑控制在发展初期只能进行简单的逻辑控制，这也是其名称的由来。经过近些年的发展和完善，PLC控制器能够达到逻辑、时序、模拟、通信等多种模块的控制，PLC控制系统具有较强的抗干扰性，同时具有稳定的控制能力，设计、维护、操作等等都比较灵活方便，在功能上更加丰富应用范围也更加广泛。

1.2PLC控制系统特点分析

PLC是指可编程逻辑控制器，在整个工业生产流程中，作为一种能够实现工业控制的电子计算模式，具有显著的特点。

1.2.1高性价比

相较于传统模式下的继电器系统，PLC有着价格成本优势，其造价更加低廉，且整个控制系统，形成了大量的编程单元集成，以此为基础能够实现系统的控制功能。将PLC技术与通信技术相结合，可以进行系统的集中管理以及分散控制，整体的性价比相对较高。

1.2.2标准化生产

对于PLC控制系统而言，其主要是通过多种零部件联合，形成完整的标准化控制体系。对于整个PLC系统，通过各种零部件系统应用来实现生产能力的标准化。用户可以根据自身的控制需要，来进行PLC系统的设置调节，从而实现多种功能的控制。

2干扰源

2.1电力辐射干扰因素

为了有效探索和研究影响PLC控制系统因素，技术人员通过系统结构空间运行时，电力所产生的电磁波模式传播的干扰进行综合分析，并且将此种模式成为辐射类型的干扰因素。辐射干扰因素主要由超高频率感应仪器、电力基础网络结构、大型电流频率转变设备、无线电广播设备、辐射雷达设备、外部雷电因素以及电视设备等进行综艺运行进而产生的干扰因素。同时如果PLC控制系统在实际运行过程中，整体处于辐射状态下，那么其系统产生的外部连接数据线路、电源线路以及信号传输线路等都会转变为外部天线，最终受到系统辐射因素的强力干扰。其中，系统主要分为两个网络结构路径。其一，电力辐射干扰因素主要针对PLC控制系统的电路感应区域进行辐射类型的信号干扰。其二，电力辐射干扰因素主要针对PLC控制系统的通讯感应区域进行辐射类型的信号干扰。

2.2系统外部干扰因素

第一，PLC控制系统内部结构的大型、中型设备在实际使用和停止过程中，会产生电压的负面情况。第二，如果电力线路连接不合理，那么如果电路产生短路，进而会造成电波的整体冲击，进而造成工业生产过程中，电路网络大型设备的停止，从而造成交流直流传输装置的谐波问题。第三，PLC控制系统的接地线路需要包含工作模式接地系统、信号屏蔽接地系统、信号发射接地系统、防雷接地系统、静电保护接地系统等相关模式，所以需要根据PLC控制系统不同使用方向，搭配适合的解读系统，进而保证其系统的正常运行。

3抗干扰措施

3.1设备选型

在设备选型时，首先要选择有较高抗干扰能力的产品，其中包括了电磁兼容性(EMC)，尤其是抗外部干扰能力，如采用浮地技术、隔离性能好的PLC系统;其次还应了解生产厂给出的抗干扰指标，如共模抑制比、差模抑制比、耐压能力，产品允许在多大的电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作;另外是考查其在类似项目中的应用实绩。在选择国外进口产品要特别注意，我国是采用220V高内阻电网制式，而欧美地区是110V低内阻电网。由于我国电网内阻大，零点电位漂移大，地电位变化大，工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上，对系统抗干扰性能要求更高，要按我国的标准GB/T13926《工业过程测量和控制装置的电磁兼容性》合理选择。实践证明，在工业PLC控制系统中因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，在某工业项目调试中遇到过此问题，更换隔离性能更高的PLC电源，问题才得到解决。所以，在工业PLC控制系统电源模块选型时，应尽可能选择隔离性能高的电源模块。

3.2PLC接地技术

一般情况下，PLC工作逻辑电压的干扰范围较低，逻辑电位分布的干扰很容易对PLC逻辑操作和数据存储造成影响，导致数据混乱，严重导致死机。模拟电位分布的干扰会导致精度降低，从而导致信号测量的严重失真与误动作。同时，屏蔽层、地线、大地也有可能形成闭合环路，在可变磁场作用下，屏蔽层中又会产生感应电流，通过屏蔽层和芯线的耦合，干扰信号回路。因此，PLC接地技术在最大程度上抑制了各种外部干扰的影响。在应用PLC的系统中，特别是通信模块，尽量采用“单点地”，具体需根据EMI分析选用不同“信号地线”。将辐射干扰大和抗干扰能力强的设备合用一线，辐射干扰小和敏感部件合用一线，其余受干扰影响大的仪器可采用机壳悬浮不接地技术。PLC的低频信号线要注意屏蔽层接地。在屏蔽层的两端连接时，各支路的电流在叠加之后不能消除磁场的干扰，为保证磁场耦合干扰的抑制能力，建议使用屏蔽层的单端接地，因为电流大小、方向相反，所产生的磁场会相互抵消。另外，需要考虑到PLC所在系统的工作频率，根据接地引线长度来确定有关参数。由于机房内的高频和强磁场特殊环境，“防雷接地设备与装置的相距20米”的理论条件比较难满足，如果仅加长地线，反而会更容易造成干扰，特别是需要在高频条件下工作的应用系统，即使进行平行铺装时，电容耦合也会造成回路之间相互干扰。建议采用公共电路多点接地等电位联合接地的方式。当使用这种方式时，需将机房内部各类设备接地线及其建筑导电端用相应导体连接至公用联合接地网。如果考虑雷电反击危害，需防雷接地与公用联合接地网进行多点连接，整体保持等电位，也可降低跨步电压出现的风险。

结束语

由此可见，PLC控制系统是现阶段我国发展的重要技术手段，所以技术人员应该针对其外部影响因素进行详细探索，从而寻找出有效的解决方法。

参考文献

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